科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的現(xiàn)狀與未來
2022-02-20 14:20:11|
來源：網(wǎng)絡(luò) 作者：
引言 質(zhì)量流量計(jì)現(xiàn)在受到用戶的青睞，是由于它能直接測(cè)量管道內(nèi)流體的質(zhì)量流量，而不必像過去那樣，分別測(cè)量被測(cè)流體的體積流量和密度，然后計(jì)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(jià)格比太高。對(duì)制造廠商而言，這是個(gè)利潤(rùn)頗豐的產(chǎn)品，所以對(duì)此產(chǎn)品的開發(fā)、試制和推銷，一直是積極的。 原理 柯氏質(zhì)量流量計(jì)的原理，實(shí)質(zhì)是利用一個(gè)彈性體的共振特性：隊(duì)友流體流動(dòng)和無(wú)流體流動(dòng)的振動(dòng)（在共振區(qū)附近）的金屬管元件，測(cè)定其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，求出此諧振系統(tǒng)的相位差（時(shí)間差）與質(zhì)量流量之間的關(guān)系。而有流體流動(dòng)的金屬管元件諧振的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，與無(wú)流體流動(dòng)的金屬管的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性之間的差別，是由于Coriolis效應(yīng)引起的。所謂柯氏效應(yīng)，是指當(dāng)質(zhì)點(diǎn)在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)參考系內(nèi)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種不同于通常離心力的慣性力作用在此質(zhì)點(diǎn)上。其大小與方向可用2mvXw(公式)來表示。這是法國(guó)科學(xué)家Coriolis首先發(fā)現(xiàn)的。利用上述原理的彈性元件構(gòu)成的流量計(jì)又稱為柯氏質(zhì)量流量計(jì)。所以要在理論上分析、發(fā)展質(zhì)量流量計(jì)，其難點(diǎn)實(shí)質(zhì)上是來計(jì)算彈性金屬管的動(dòng)態(tài)諧振特性。這主要是靠固體力學(xué)理論對(duì)彈性體作振動(dòng)分析來確定?，F(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道，一種是對(duì)撓性管進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析。 1． 撓性管的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析 （i） 撓性曲管的分析 Hemp and Sultan (Cranfield Institute of Technology, England) 用Euler梁理論，對(duì)撓性曲管的諧振的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行過分析，并結(jié)合U-型管作了具體計(jì)算。 a. 方程（Oscillating tube of cruved part） 對(duì)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(jìn)一步簡(jiǎn)化。譬如，對(duì)彈性金屬管的直管部分，可以令a趨于無(wú)窮即可。 b. 邊界條件 在端點(diǎn)上，有在不同形狀的管段的連接點(diǎn)上，有 c. 數(shù)值求解和計(jì)算結(jié)果 作者計(jì)算出了U-型元件的基頻和其諧振的振動(dòng)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(guān)系式，理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)弦，對(duì)一維撓性直管的諧振的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)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(jì)算結(jié)果 作者用了頗為復(fù)雜的求解過程，計(jì)算出了有流體流動(dòng)和無(wú)流體流動(dòng)的直管的基頻和其諧振的位移振動(dòng)模式，并由此計(jì)算出相位差和流量之間的關(guān)系。 2． 剛性直管的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析 Cascetla假定直觀是剛性的，可以避免計(jì)算上述彈性管的基頻和其諧振的位移振動(dòng)模態(tài)，從而可進(jìn)一步簡(jiǎn)化計(jì)算，最后也可得到根簡(jiǎn)單的結(jié)果：振動(dòng)位移和流量之間的關(guān)系。 實(shí)用設(shè)計(jì)問題 上述諧振的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析，雖很細(xì)致但是學(xué)院式的。工程師最關(guān)心的是指導(dǎo)彈性管的共振頻率及氣管壁的應(yīng)力分布和抵抗疲勞的強(qiáng)度是否足夠。最簡(jiǎn)單的辦法是用結(jié)構(gòu)分析軟件包SAP,或ANSYS進(jìn)行分析計(jì)算。 彈性元件的選擇 從力學(xué)角度來看，對(duì)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(yīng)。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(shí)，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(gè)因素。一般地講，所選的形狀愈復(fù)雜，其Coriolis效應(yīng)就愈高，但生產(chǎn)工藝和技術(shù)就愈復(fù)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(jié)合：如彎管形和雙管形的結(jié)合。
標(biāo)簽： 質(zhì)量流量計(jì) 科里奧利 力學(xué)角度
