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发表人：donglujin |
发表时间：2010/12/16 16:50:00 |
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质量流量计的原理与应用
天津市液化气有限责任公司 张振治
内容摘要：本文对双U形管质量流量计的结构及工作原理进行阐述，并对其在使用中容易发生的异常现象及相应的解决方式进行分析，从而说明质量流量计在燃气领域的广泛应用价值。
关键词：质量流量计、计量、科氏力、传感器
目前天津市液化气有限责任公司拥有液化气长输管线98公里，分别是天津市大港油田炼油厂至液化气公司大港区罐站的18公里管道和大港区罐站至液化气公司西青区罐站再至北晨区罐站的80公里管道，管径均是Dn159х7，管道设计压力分别为3.0MPa和4.0MPa，管道最高工作压力分别在2.3MPa和3.2MPa左右。另外，天津市大港炼油厂至大港罐站的液化气也是依靠管道输送的，其长度约0.4公里。在长期的输油过程中，计量方式一般采用对卖方储罐检前后尺核算吨位的方式作为结算依据，但传统的直读式玻璃板液位计、钢带液位计、磁浮子式翻板液位计受季节环境温差变化影响较大，并且在运行工观察尺高时也易受天气、明暗、站位高低的影响，较容易产生误差，故不建议以此为商业贸易计量方式。
质量流量计目前在国际上广泛应用，其拥有技术成熟、安装方便、操作简单、功能齐全等特点，还可连接网络微机进行远程监控操作、记录分析等多种扩展功能，下面我结合质量流量计的相关知识，对我公司所使用的，由美国罗斯蒙特公司生产的质量流量计的运行状况及出现的异常情况和相应的解决方法进行分析。
一、质量流量计的原理
一台质量流量计的计量系统包括一台传感器和一台用于信号处理的变送器。
⑴传感器的工作原理，如图1所示，截取一根支管，流体在其内以速度V从A流向B，将此管置于以角速度ω旋转的系统中。设旋转轴为X，与管的交点为O，由于管内流体质点在轴向以速度V、在径向以角速度ω运动，此时流体质点受到一个切向科氏力Fc。这个力作用在测量管上，在O点两边方向相反，大小相同，为：
δFc ＝ 2ωVδm
因此，直接或间接测量在旋转管道中流动的流体所产生的科氏力就可以测得质量流量。这就是科里奥利质量流量计的基本原理。
早期设计的科氏力质量流量计的结构如图2所示。将有流动流体的管道送入一旋转的系统中，由安装在转轴上的扭矩传感器，来完成质量流量的测量。但这种流量计只是在试验室中进行了试制。
在商品化产品设计中，通过测量系统旋转产生科氏力是不切合实际的，因而均采用使测量管振动的方式替代旋转运动。以此同样实现科氏力对测量管的作用，并使得测量管在科氏力的作用下产生位移。由于测量管的两端是固定的，而作用在测量管上各点的力是不同的，所引起的位移也各不相同，因此在测量管上形成一个附加的扭曲。测量这个扭曲的过程在不同点上的相位差，就可得到流过测量管的流体的质量流量。目前常见的测量管的形式有以下几种：S形测量管、U形测量管、双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，我公司现使用的罗斯蒙特产质量流量计属于双U形测量管质量流量计，下面我着重介绍一下双U形测量管质量流量计的工作原理。
⑵双U形测量管质量流量计的工作原理，如图3所示，这种流量计的测量系统由两根平行的U形测量管、驱动器和传感器组成。
如图4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，而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。
测量管扭曲的程度，与流体流过测量管的质量流量成正比，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。
在双U形测量管结构中，两根测量管的振动方向相反，使得测量管扭曲相位相差180度，如图5所示。相对单测量管型来说，用它们合成的变形量来确定质量流量，这样可以提高仪表的灵敏度，流通能力也有所提高。
现在我们知道因为流体在U形管流入侧及流出侧的流动方向相反，所以U形管的两侧测量管受到大小相同、方向相反的科氏力。科氏力的作用造成测量管变形。形变量的大小与科氏力成正比，即与质量流量成正比。通过位于流量测量管两侧的电磁感应器测量在这两点上管子振动的速度，和由于管子的变形引起这两个速度信号之间的时间差，然后把此信号送到转换器，转换器将信号进行处理并转换成直接与质量流量成正比的电子信号输出，再通过一台用于信号处理的变送器将数据直接显示在仪表上。
二、流量计应用中的常见问题
在质量流量计的使用中振幅运动是流量计测量的根本方式，如何保持正确的振幅运动还要从安装、使用环境及被测介质等方面分析，在我公司使用质量流量计的数年中曾出现了零点漂移和流量计中断计量的现象，下面分别介绍易造成这两种现象发生的原因及解决方案：
⑴零点漂移问题，零点漂移的出现多因为安装不当而造成，流量计 |
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