科里奧利質量流量計的現(xiàn)狀與未來
2022-02-20 14:20:11|
來源：網(wǎng)絡 作者：
引言 質量流量計現(xiàn)在受到用戶的青睞，是由于它能直接測量管道內流體的質量流量，而不必像過去那樣，分別測量被測流體的體積流量和密度，然后計算求得。此外，它的精度和穩(wěn)定度較高，量程比也比較大，但是其性能價格比太高。對制造廠商而言，這是個利潤頗豐的產(chǎn)品，所以對此產(chǎn)品的開發(fā)、試制和推銷，一直是積極的。 原理 柯氏質量流量計的原理，實質是利用一個彈性體的共振特性：隊友流體流動和無流體流動的振動（在共振區(qū)附近）的金屬管元件，測定其動態(tài)響應特性，求出此諧振系統(tǒng)的相位差（時間差）與質量流量之間的關系。而有流體流動的金屬管元件諧振的動態(tài)響應特性，與無流體流動的金屬管的動態(tài)響應特性之間的差別，是由于Coriolis效應引起的。所謂柯氏效應，是指當質點在一個轉動參考系內作相對運動時，會產(chǎn)生一種不同于通常離心力的慣性力作用在此質點上。其大小與方向可用2mvXw(公式)來表示。這是法國科學家Coriolis首先發(fā)現(xiàn)的。利用上述原理的彈性元件構成的流量計又稱為柯氏質量流量計。所以要在理論上分析、發(fā)展質量流量計，其難點實質上是來計算彈性金屬管的動態(tài)諧振特性。這主要是靠固體力學理論對彈性體作振動分析來確定?，F(xiàn)有的文獻報道，一種是對撓性管進行動態(tài)響應分析。 1． 撓性管的動態(tài)響應分析 （i） 撓性曲管的分析 Hemp and Sultan (Cranfield Institute of Technology, England) 用Euler梁理論，對撓性曲管的諧振的動態(tài)響應進行過分析，并結合U-型管作了具體計算。 a. 方程（Oscillating tube of cruved part） 對于不同的幾何形狀，上述的一般性公式和邊界條件還可以在進一步簡化。譬如，對彈性金屬管的直管部分，可以令a趨于無窮即可。 b. 邊界條件 在端點上，有在不同形狀的管段的連接點上，有 c. 數(shù)值求解和計算結果 作者計算出了U-型元件的基頻和其諧振的振動模態(tài)（位移模態(tài)和彎曲模態(tài)），以及其相位和流量之間的關系式，理論計算值與實驗值吻合得很好。 （ii） 撓性直管的分析 Raszillier and Durst(University of Erlangen,Germany)用Euler梁理論，考慮流體是運動弦，對一維撓性直管的諧振的動態(tài)響應進行了分析 a. 方程(Oscillating tube of staight part ) b. 邊界條件 c. 數(shù)值求解和計算結果 作者用了頗為復雜的求解過程，計算出了有流體流動和無流體流動的直管的基頻和其諧振的位移振動模式，并由此計算出相位差和流量之間的關系。 2． 剛性直管的動態(tài)響應分析 Cascetla假定直觀是剛性的，可以避免計算上述彈性管的基頻和其諧振的位移振動模態(tài)，從而可進一步簡化計算，最后也可得到根簡單的結果：振動位移和流量之間的關系。 實用設計問題 上述諧振的動態(tài)響應分析，雖很細致但是學院式的。工程師最關心的是指導彈性管的共振頻率及氣管壁的應力分布和抵抗疲勞的強度是否足夠。最簡單的辦法是用結構分析軟件包SAP,或ANSYS進行分析計算。 彈性元件的選擇 從力學角度來看，對質量流量計進行設計，首先要選擇合適的一次感受元件，以便盡可能提高一次元件的Coriolis效應。這包括感受元件最佳形狀的選擇，以及彈性金屬管的最佳材料和壁厚的選擇。元件的形狀，大體上可以歸納為四類，即：彎管形和直管形；單管形和多管形（雙管形）。在選形時，其原則主要是要平衡所選的一次元件的性能，最佳使用范圍和成本這三個因素。一般地講，所選的形狀愈復雜，其Coriolis效應就愈高，但生產(chǎn)工藝和技術就愈復雜，因而其成本就愈高。通常一次元件總是歸屬于上述的四類中的兩類形式的結合：如彎管形和雙管形的結合。
