一、 工作原理
二、 结构 S形测量管、U形测量管、双J形测量管、B形测量管、单直管形测量管、双直管形测量管、Ω形测量管、双环形测量管等,下面我们分别对其结构作一简单介绍。
这种质量流量计的工作原理及工作过程,如图4所示。 图4 无流动时位移传感器的输出 当测量管中流体不流动时,两根测量管在驱动力作用下(作用在每根管子上的力大小相等、方向相反)作对称的等振幅运动。由于管子两端是固定的,在管子中间振幅最大,到两端逐渐减为零。这时在两个传感器上测得的相位如图4B所示,由图中可以看出,两传感器测得的相位差为零。当测量管内流体以速度V流动时,流体中任意值点的流速,可认为是两个分流速的合成:水平方向Vx及垂直方向Vy(与振动方向相同)。在恒定流条件下,流体沿水平方向的流速Vx保持恒定。从图5中可以看出,管子的进、出口处振幅为零,流体质点垂直移度Vx为零; 图5 振动管受力分析 当流体质点有进口流入图示振动方向的测量管时,流体质点的垂直流动速度为+Vy,同样在流体质点流向出口时,其垂直流动速度为-Vy。由此可以推出,流体质点在通过振动的测量管时,垂直方向的速度是一个从零逐渐加大,直到中间最大,再逐渐减小到零的过程。由力学原理可知,速度的变化是由加速度引起的,而加速度是力作用于其上的结果。根据这个原理,称这个垂直速度变化为科氏加速度Ac,因此作用于流体质量M上的科氏力为Fc=Mac。在测量管上与中心距离相等的两点上,作用的科氏力大小相等,方向相反。 此科氏力作用在测量管上,就产生了如图5所示的结果,即在中间点上产生一对力,引起测量管轻微的扭曲或变形。而实际上在振荡运动时是两根S管同时所受的振荡,其运动方向相反,受力相等,如图6所示。 图6 作用在测量管上的科氏力 随着振荡运动的进行,测量管被周期性地分开、靠拢,科氏力也周期性地作用在两根测量管上,通过安装在测量管上的位移创按其A、B,测出由科氏力引起的测量管相对位置的变化,通常转化为测两点的相位差,如图7所示。这个相位差的大小与质量流量成正比。 图7 位移传感器的输出 2. U形测量管质量流量计 图
图8b 双U形管结构 如图9所示,电磁驱动系统以固定频率驱动U形测量管振动,当流体被强制接受管子的垂直运动时,在前半个振动周期内,管子向上运动,测量管中流体在驱动点前产生一个向下压的力,阻碍管子的向上运动,二在驱动点后产生向上的力,加速管子向上运动。这两个力的合成,使得测量管发生扭曲;在振动的另外半周期内,扭曲方向则相反。 图9 U形管工作原理 测量管扭曲的程度,与流体流过测量管的值来质量流量成正比,在驱动点两侧的测量管上安装电磁感应器,以测量其运动的相位差,这一相位差直接正比于流过的质量流量。 图10 测量管变形示意图 3. 双J形管质量流量计 图11 J形管质量流量计结构 其工作原理如图12所示,当测量管中的流体以一定速度流动时,由于振动的存在使得测量管中的流体产生一个科氏力效应。此科氏力作用在测量管上,但在上下两支管上所产生的科氏力的方向不同,管的直管部分产生不同的附加运动,即产生一个相对位移的相位差。 图12 J形管工作原理 在双J形管测量系统中,两根管在同一时刻的振动方向相反,加大了其上部与下部两直管间的相对位移的相位差。如图13 所示,在流体不流动时,从A、B两传感器测得的位移信号的相位差为零。 图13 无流动时测量管振动状态 当测量管内的流体流动时,在驱动其振动的某一方向上,科氏力产生的反作用力在测量管上的影响结果如图14所示,管1分开和管2靠近时,管1上部运动加快,下部减慢,管2则在相反的方向上同样上部加快,下部减慢;结果在上部和下部安装的传感器测得的信号之间存在一个相位差,如图15所示。这个信号的大小直接反映了质量流量。 图14 有流动时测量管振动状态 图15 传感器输出信号 4. B形管质量流量计 图16 B形管质量流量计结构 而回路中的流体在科氏力作用下示的回路L1'和L1''相互靠近的速度减慢,而另一端L2'和L2''两回路相互靠近速度增加。 图17 B形管工作时的受力状态 在测量管产生向内运动时,如图17b所示,则相反的情况发生。直管段部分在驱动力的作用下相互靠近,而两断面上的两回路朝相互离开的方向运动。管道内流体产生的科氏力叠加在这个基本运动上会使L1'和L1''两回路的分离速度加快,而使L2'和L2''两回路的分离速度减小。 图18 单直管质量流量计结构 在管中流体不流动时,驱动器使管子振动,管中流体不产生科氏力,A、B两点受力相等,变化速度相同,如图19b所示。 图19 单直管质量流量计工作原理 当测量管中流体以速度V在管中流动时,由于受到C点振动力的影响(此时的振动力是向上的),流体质点从A点运动到C点时被加速,质点产生反作用力F1,使管子向上运动速度减慢;而在C点到B点之间,流体质点被减速,使管子向上的运动速度加快。结果在C点两边的这两个方向相反的力使管子产生一个变形,这个变形的相位差与测管中流体流过的质量流量成正比。 6. 双直管形质量流量计 图20 双直管质量流量计结构 相对单直管来说双直管形可减少压力损失,增大传感器感受信号,其实际中的结构如图20所示,驱动器安放与中心位置,两个光电传感器只与中心两侧对称位置上,其中图 图21 双直管测量原理 7. Ω形测量管质量流量计 图22 Ω形测量管质量流量计结构 如图 图23Ω形管质量流量计测量原理 8. 双环形测量管质量流量计 图24 双环形质量流量计 其工作原理简述如下:当测管中流体不流动时,振动力使管子产生的变形,在中间点两边是一样的,传感器处的两测点上,测得的振动位移的相位差为零,当测管中流体流动时,在振幅最大点之前,流体质点由于受到科氏力的作用产生一个与振动方向相反的作用力,而在这点之后产生一个与振动方向相同的作用力,由于在同一时刻两根测量管所受到的作用力大小相等,方向相反,因此反映在两传感器处测点上管子的运动速度得到增大或减小,测量这两点的相位差就可得到通过测量管流体的质量流量。 |