質(zhì)量流量計介紹

1、質(zhì) 量 流 量 計 培 訓 為什么要測量質(zhì)量流量為什么要測量質(zhì)量流量? ?溫度變化體積1 體積 2質(zhì)量 1 = 質(zhì)量 2質(zhì)量 1體積 1質(zhì)量2體積 2質(zhì)量流量計的分類l 1.科里奧利式質(zhì)量流量計l 這種流量計是利用流體在振管內(nèi)產(chǎn)生的科氏力，采用直接測量科氏力的方法得到流體質(zhì)量流量。l 2.量熱式質(zhì)量流量計（熱式質(zhì)量流量計） l 這種流量計是在流體管壁外設(shè)置熱源，利用流動氣體傳遞的熱量與質(zhì)量的關(guān)系，在其上下游產(chǎn)生溫度變化而得到氣體的質(zhì)量流量。l 3.沖量式質(zhì)量流量計 l 這種流量計是利用物料流體在一定的高度下落的沖量產(chǎn)生的力，采用直接測力方法而得到流體質(zhì)量流量。熱式質(zhì)量流量計 l熱式質(zhì)量流量計（

2、以下簡稱TME）是利用傳熱原理，即流動中的流體與熱源（流體中加熱的物體或測量管外加熱體）之間熱量交換關(guān)系來測量流量的儀表，過去我國習稱量熱式流量計，采用這種原理有兩種實現(xiàn)方法：一是恒功率法，二是恒溫差法。當前主要用于測量氣體。 恒溫差法原理 流速傳感器的溫度高于感溫傳感器一定溫度T。當氣體流經(jīng)流速傳感器時，產(chǎn)生熱量擴散，這樣電路單元提供相應(yīng)的能量使兩個傳感器溫差維持恒定溫度T ，電路單元提供的能量與電流成比例關(guān)系，通過輸出電信號可測出流量。恒溫差法原理 參比RTD測量氣體溫度 電子單元給加熱探頭持續(xù)提供能量 通過電子單元調(diào)解，保持恒溫差 隨著質(zhì)量流量的增加，氣體分子將熱量擴散開來。恒溫差法原理

3、 電子單元感應(yīng)T的減少并且增加能量以維持恒溫差T 隨著質(zhì)量流量的減少，電子單元減少對加熱探頭的能量供應(yīng)。 對加熱探頭的總能量正比于質(zhì)量流量，微處理器是輸出信號線性。恒功率法原理 傳感器元件包括兩個熱電阻，其中一個是感溫電阻，另一個為加熱電阻（溫度高于感溫電阻），當無流量時，兩個電阻的溫差最大，當有流量時，加熱電阻溫度降低，兩個電阻溫差減少，由于兩個RTD之間的溫差與過程流速及過程介質(zhì)有關(guān)，從而與流體的流量有關(guān)，因此，當有流量時，產(chǎn)生溫差.恒功率法原理 參比RTD測量流體溫度 電子單元使加熱元件以恒功率加熱，在沒有流體時溫度較高，有流體時溫度較低恒功率法原理 當質(zhì)量流量增加，流體分子冷卻加熱單元

4、 非參比RTD測量溫度降低 電子單元轉(zhuǎn)換為流量信號 恒功率技術(shù)熱式質(zhì)量流量計缺點 熱式質(zhì)量流量計響應(yīng)慢。 被測量氣體組分變化較大的場所，因cp值和熱導率變化，測量值會有較大變化而產(chǎn)生誤差。 對小流量而言，儀表會給被測氣體帶來相當熱量。 對于熱分布式TMF，被測氣體若在管壁沉積垢層影響測量值，必須定期清洗；對細管型儀表更有易堵塞的缺點，一般情況下不能使用。 對脈動流在使用上將受到限制。 液體用TMF對于粘性液體在使用上亦受到限制。 熱式質(zhì)量流量計優(yōu)點 熱分布式TMF可測量低流速（氣體0.022m/s）微小流量；浸入式TMF可測量低中偏高流速(氣體260m/s)，插入式TMF更適合于大管徑。 TM

5、F無活動部件，無分流管的熱分布式儀表無阻流件，壓力損失很?。粠Х至鞴艿臒岱植际絻x表和浸入性儀表，雖在測量管道中置有阻流件，但壓力損失也不大。 TMF使用性能相對可靠。與推導式質(zhì)量流量儀表相比，不需溫度傳感器，壓力傳感器和計算單元等，僅有流量傳感器，組成簡單，出現(xiàn)故障概率小。 熱分布式儀表用于H2 、N2 、O2、CO 、NO等接近理想氣體的雙原子氣體，不必用這些氣體專門標定，直接就用空氣標定的儀表，實驗證明差別僅2%左右；用于Ar、He等單原子氣體則乘系數(shù)1.4即可；用于其他氣體可用比熱容換算，但偏差可能稍大些。 氣體的比熱容會隨著壓力溫度而變，但在所使用的溫度壓力附近不大的變化可視為常數(shù)?？?/p>

6、里奧利力簡介m=質(zhì)點 w=角速度v=徑向速度Fc =科里奧利力V = 0V 0Fc = -2m v wFcFc視頻一視頻二科里奧利力簡介w= 角速度Fc = 科里奧利力= 相位差A,B=相位傳感器y= 振幅t= 時間 Fc m科里奧利質(zhì)量流量計的工作原理科里奧利質(zhì)量流量計的工作原理Theory - 3內(nèi)部結(jié)構(gòu)TimemV無流量無流量TimemV低流量低流量TimemV高流量高流量在沒有流量的情況下，入口和出口處檢測線圈監(jiān)測到的交流電在沒有流量的情況下，入口和出口處檢測線圈監(jiān)測到的交流電信號是同相位的。當有流量的時候，由于科里奧利作用，流量信號是同相位的。當有流量的時候，由于科里奧利作用，流量管

7、產(chǎn)生扭曲，兩端的檢測線圈輸出的交流電信號存在相位差。管產(chǎn)生扭曲，兩端的檢測線圈輸出的交流電信號存在相位差。流量越大，相位差就越大，而且其相位差流量越大，相位差就越大，而且其相位差 T 與流量的大小成與流量的大小成正比關(guān)系。這樣，可以利用正比關(guān)系。這樣，可以利用 T 作為質(zhì)量流量的標定系數(shù)，即作為質(zhì)量流量的標定系數(shù)，即可以用可以用 T 來表示每秒有多少克的流量流過來表示每秒有多少克的流量流過Theory - 4質(zhì)量流量檢測原理密度測量原理flfltflRVcmmmf21mtfRmflfR= 諧振頻率mt= 測量管mfl= 流體質(zhì)量fl= 流體密度c= 常數(shù)fR = (fl)TimemVTimem

8、V高密度高密度低密度低密度按照彈性模數(shù)的理論，彈簧所懸掛物體的質(zhì)量和它振動的頻率按照彈性模數(shù)的理論，彈簧所懸掛物體的質(zhì)量和它振動的頻率成反比。這一概念引入到流量管的振動，整體質(zhì)量（測量管和成反比。這一概念引入到流量管的振動，整體質(zhì)量（測量管和內(nèi)部介質(zhì)之和）越大，其振動頻率就越小。通過檢測已知密度內(nèi)部介質(zhì)之和）越大，其振動頻率就越小。通過檢測已知密度（例如標準狀態(tài)下的水和空氣）的介質(zhì)流經(jīng)測量管時的頻率，（例如標準狀態(tài)下的水和空氣）的介質(zhì)流經(jīng)測量管時的頻率，可以得到密度與頻率之間的線性關(guān)系。然后通過振動頻率換算可以得到密度與頻率之間的線性關(guān)系。然后通過振動頻率換算到密度到密度Theory - 5密

9、度測量原理原理總結(jié)D =相位差m = 質(zhì)量流量 = RTD 電阻fR =諧振頻率 =密度T = 溫度 mfR WTWS形測量管質(zhì)量流量計如圖所示，這種流量計的測量系統(tǒng)由兩根平行的S形測量管、驅(qū)動器和傳感器組成。管的兩端固定，管的中心部位裝有驅(qū)動器，使管子振動。在測量管對稱位置上裝有傳感器，在這兩點上測量振動管之間的相對位移。質(zhì)量流量與這兩點測得的振蕩頻率的相位差成正比。U形測量管質(zhì)量流量計 電磁驅(qū)動系統(tǒng)以固定頻率驅(qū)動U形測量管振動，當流體被強制接受管子的垂直運動時，在前半個振動周期內(nèi)，管子向上運動，測量管中流體在驅(qū)動點前產(chǎn)生一個向下壓的力，阻礙管子的向上運動，二在驅(qū)動點后產(chǎn)生向上的力，加速管子

10、向上運動。這兩個力的合成，使得測量管發(fā)生扭曲；在振動的另外半周期內(nèi)，扭曲方向則相反。 U形測量管質(zhì)量流量計 測量管扭曲的程度，與流體流過測量管的值來質(zhì)量流量成正比，在驅(qū)動點兩側(cè)的測量管上安裝電磁感應(yīng)器，以測量其運動的相位差，這一相位差直接正比于流過的質(zhì)量流量。 在雙U形測量管結(jié)構(gòu)中，兩根測量管的振動方向相反，使得測量管扭曲相位相差180度，如圖所示。相對單測量管型來說，雙管型的檢測信號有所放大，流通能力也有所提高。 J形管質(zhì)量流量計 l 當測量管中的流體以一定速度流動時，由于振動的存在使得測量管中的流體產(chǎn)生一個科氏力效應(yīng)。此科氏力作用在測量管上，但在上下兩支管上所產(chǎn)生的科氏力的方向不同，管的直

11、管部分產(chǎn)生不同的附加運動，即產(chǎn)生一個相對位移的相位差。 B形管質(zhì)量流量計 流量測量系統(tǒng)由兩個相互平行的B形管組成。被測流體經(jīng)過分流器被均勻送入兩根B形測量管中，驅(qū)動裝置安裝在兩管之間的中心位置，以某一穩(wěn)定的諧波頻率驅(qū)動測量管振動。在測量管產(chǎn)生向外運動時，如圖所示，直管部分被相互推離開，在驅(qū)動器的作用下回路L1和L1相互靠近，同樣回路L2和L2也相互靠近。由于每個回路都由一端固定在流量計主體上，旋轉(zhuǎn)運動在端區(qū)被抑制因而集中在節(jié)點附近。 單直管形質(zhì)量流量計 當測量管中流體以速度V在管中流動時，由于受到C點振動力的影響（此時的振動力是向上的），流體質(zhì)點從A點運動到C點時被加速，質(zhì)點產(chǎn)生反作用力F1，

12、使管子向上運動速度減慢；而在C點到B點之間，流體質(zhì)點被減速，使管子向上的運動速度加快。結(jié)果在C點兩邊的這兩個方向相反的力使管子產(chǎn)生一個變形，這個變形的相位差與測管中流體流過的質(zhì)量流量成正比。 雙直管形質(zhì)量流量計 l 相對單直管來說雙直管形可減少壓力損失，增大傳感器感受信號，其實際中的結(jié)構(gòu)如圖所示，驅(qū)動器安放與中心位置，兩個光電傳感器只與中心兩側(cè)對稱位置上，其中測量管受軸向力的影響很小。當流體不流動時，光電傳感器受到的管子所產(chǎn)生的位移的相位是相同的；當流體介質(zhì)流過兩根振動的測量管時，便產(chǎn)生了科里奧利力，這個力使測量管的振點兩邊發(fā)生相反的位移，振點之前的測管中流體介質(zhì)使管子振蕩衰減，即管子位移速度

13、減慢；振點之后的測管中流體介質(zhì)使振蕩加強，即管子位移速度加快。通過光電傳感器，測得兩端的相位差，這個相位差在振蕩頻率一定時正比與測管中的質(zhì)量流量。 形測量管質(zhì)量流量計 l 當管子分開時，在振點前的流體中產(chǎn)生的科里奧利力與振動力方向相反，減慢管子的運動速度；而在振點之后管中流體產(chǎn)生的科氏力與振動方向相同，加快管子的運動速度。當驅(qū)動器使管子靠近時，則產(chǎn)生相反的結(jié)果。在A、B兩點的傳感器可測的兩處管字運動的相位差，由此可得到流過測管中流體的質(zhì)量流量。 雙環(huán)形測量管質(zhì)量流量計 當測管中流體不流動時，振動力使管子產(chǎn)生的變形，在中間點兩邊是一樣的，傳感器處的兩測點上，測得的振動位移的相位差為零，當測管中流

14、體流動時，在振幅最大點之前，流體質(zhì)點由于受到科氏力的作用產(chǎn)生一個與振動方向相反的作用力，而在這點之后產(chǎn)生一個與振動方向相同的作用力，由于在同一時刻兩根測量管所受到的作用力大小相等，方向相反，因此反映在兩傳感器處測點上管子的運動速度得到增大或減小，測量這兩點的相位差就可得到通過測量管流體的質(zhì)量流量。 質(zhì)量流量計優(yōu)點l 直接測量質(zhì)量流量，有很高的測量精確度。l 可測量流體范圍廣泛，包括高粘度液的各種液體、含有固形物的漿液、含有微量氣體的液體、有足夠密度的中高壓氣體。l 測量管的振動幅小，可視作非活動件，測量管路內(nèi)無阻礙件和活動件。l 對應(yīng)對迎流流速分布不敏感，因而無上下游直管段要求。l 測量值對流

15、體粘度不敏感，流體密度變化對測量值得值的影響微小。l 可做多參數(shù)測量，如同期測量密度，并由此派生出測量溶液中溶質(zhì)所含的濃度。質(zhì)量流量計缺點l 零點不穩(wěn)定形成零點漂移，影響其精確度的進一步提高，使得許多型號儀表只得采用將總誤差分為基本誤差和零點不穩(wěn)定度量兩部分。l 測量低密度介質(zhì)和低壓氣體誤差大；液體中含氣量超過某一限制（按型號而異）會顯著著影響測量值。l 對外界振動干擾較為敏感，為防止管道振動影響，大部分型號的流量傳感器安裝固定要求較高。l 不能用于較大管徑，目前尚局限于300mm以下。l 測量管內(nèi)壁磨損腐蝕或沉積結(jié)垢會影響測量精確度，尤其對薄壁管測量管的更為顯著。l 部分產(chǎn)品壓力損失較大，與

16、容積式儀表相當，有些型號甚至比容積式儀表大100%。l 大部分型號CMF重量和體積較大。l 價格昂貴。國外價格5000 10000美元一套，約為同口徑電磁流量計的2 5倍；國內(nèi)價格約為電磁流量計的2 8倍。l 絕大部分產(chǎn)品采用四線制，耗電功率大質(zhì)量流量計安裝的注意事項l 1.由于質(zhì)量流量計是靠流體流經(jīng)管線時產(chǎn)生振動的科里奧利原理來達到測量目的，因此質(zhì)量流量計的安裝狀態(tài)應(yīng)該是無應(yīng)力狀態(tài)，流量計安裝應(yīng)與管線在同一軸線上，而且應(yīng)在質(zhì)量流量計傳感器附近做支撐，絕不能用傳感器來支撐管道，這樣可以消除振動，減少誤差。l 2.選擇的安裝地點應(yīng)遠離大變壓器或電機，因為傳感器與變送器之間連接的電纜被諸如馬達等發(fā)

17、射的電磁場覆蓋或靠近，就會造成干擾，使讀數(shù)不準確而產(chǎn)生誤差。還有，安裝時要根據(jù)流體不同性質(zhì)而選擇不同的安裝朝向，也就是要始終保持傳感器管子里流體處于充滿狀態(tài)。質(zhì)量流量計安裝的注意事項 l 3.夾帶汽泡。用于液體流量測量時，當霧沫狀氣體含量超過15的體積含量時，質(zhì)量流量計將停止工作。這些汽泡衰減了用以產(chǎn)生科氏力的流量管的振動，應(yīng)將氣體消除在傳感器之前。如果難以實現(xiàn)，則盡量減少氣體含量(盡可能提高傳感器內(nèi)的壓力)，以保證汽泡被均勻地分散為較小的汽泡(保持較高的液體流速)。當液體的壓力低于其蒸汽壓時，將產(chǎn)生汽泡。由流量管的幾何形狀和液體流動所引起的傳感器兩端的壓降能夠?qū)⒁后w的有效壓力降至其蒸汽壓力之

18、下，管道液體中的氣體可對傳感器產(chǎn)生與霧沫汽泡相同的影響。傳感器尺寸一旦確定，即可計算出維持液體狀態(tài)所需的背壓。要將傳感器安裝在能夠滿足所需背壓的場所。質(zhì)量流量計安裝的注意事項 l 4.沉淀物與懸浮物。質(zhì)量流量計可以計算出兩種成分的溶液或漿料中一種成分的質(zhì)量含量。準確的密度測量必須避免的情況是：沉淀物附著在測量管壁上或固體顆粒從懸浮液中沉淀出來(流速太低)。l 5.振動。雙管設(shè)計的推出大大減小但并沒完全消除共模振動對質(zhì)量流量計的影響，由管線系統(tǒng)引入的外部振動能夠引起傳感器不期望的振動方式。如果外部振動頻率等于或接近傳感器驅(qū)動系統(tǒng)的頻率，則會干擾儀表的驅(qū)動控制系統(tǒng)，引起流量管振動不穩(wěn)定或停振。質(zhì)量

19、流量計安裝的注意事項l 6.危險場所的安裝。如需將儀表安裝在易爆場所，首先要注意儀表是否是本質(zhì)安全型儀表，而且要根據(jù)現(xiàn)場防爆等級要求及儀表隨即證明文件，確定是否允許安裝。在安裝的過程用還應(yīng)考慮，環(huán)境溫度對傳感器、變送器、電纜等相關(guān)元件的影響。室外安裝時考慮防水，分體式質(zhì)量流量計考慮專用電纜的長度（具體參照相應(yīng)產(chǎn)品說明書）。l 7.流場分步從優(yōu)原則，從原理上講，科氏力質(zhì)量流量計不受流場分布的影響，無需前后直管段。而在實際現(xiàn)場應(yīng)用，并不是所有類型的流量計都不受流場分布的影響。盡管科氏力質(zhì)量流量計對流場分布的要求確實不高，但對雙振動管型科氏力質(zhì)量流量計來說，在流場變化過于劇烈時，有可能造成測量不準確

20、。質(zhì)量流量計安裝的注意事項l 8.其它注意事項。l 除以上幾點要著重考慮之外，當選擇安裝場所時，還應(yīng)遵循以下原則：當用科氏力式質(zhì)量流量計測量液體介質(zhì)，特別是易汽化的液體或含有少量氣體的液體介質(zhì)時，應(yīng)把流量傳感器安裝在管道的較低處，而不要將傳感器安裝在管道的最高處，以防止夾雜的氣體在測量管中聚集而導致測量誤差；當用科氏力式質(zhì)量流量計側(cè)臉氣體介質(zhì)，特別是非干燥氣體或在高壓下易液化的氣體介質(zhì)時，應(yīng)把流量傳感器安裝在管道的較高處，而不要將傳感器安裝在管道的最低處，以免液體在測量管中聚集而影像測量的準確度。l 此外，有條件的話，還應(yīng)考慮流量計安裝，日常維護及拆卸的方便。譬如，要將流量計安裝在蒸汽吹掃管線

21、的下游，而且注意不要將傳感器裝的太高，也不要裝在周圍管線多而復雜的地方。這些做法，都會為流量計的安裝和日常維護提供方便。傳感器安裝方式的選擇l 傳感器的安裝一般分為垂直安裝與水平安裝兩種方式。傳感器的安裝方式應(yīng)依據(jù)被測流體的類型及傳感器自身結(jié)構(gòu)及選擇。l 1.垂直安裝l 垂直安裝是指在垂直管線上安裝傳感器，這種安裝方式也被稱為“旗式安裝”。對直管型流量計和裝卸計量的應(yīng)用場合，垂直安裝是一種得到推薦較多的安裝形式。在一定條件下，也可用于彎管型流量傳感器的安裝。傳感器安裝方式的選擇l1.1直管型傳感器l當傳感器的測量管為直管型時，無論測量什么介質(zhì)，垂直安裝方式都可以被采用。而當測量液體漿料時，這個

22、安裝方式最好，因為它可以避免固體微粒在傳感器內(nèi)積聚，面氣體和油性物質(zhì)又可以上升浮出測量管。如果工藝管線需用氣體或蒸汽清掃，這樣安裝還可以便于清掃。在采用這種安裝方式測量液體介質(zhì)時，最理想的安裝部位應(yīng)選擇在上升垂直管道的最下段部位，這樣有利于獲得靜壓，保持零點的穩(wěn)定性。l為了防止梯流（噴流），應(yīng)利用泵將工藝過程中的液體自下而上輸送通過傳感器。出于同樣的考慮，當測量介質(zhì)為氣體時，應(yīng)將介質(zhì)自上而下輸送通過傳感器。在液態(tài)介質(zhì)需要流動方向向下的場合時，如果傳感器后面直接地連接著暢通的出口，在比傳感器低的橫截面上裝一節(jié)流孔可以防止傳感器空運轉(zhuǎn)。l在裝卸料計量應(yīng)用時，與其他安裝方式相比，“旗式”安裝方式也是

23、比較好的。在這種應(yīng)用中，若在傳感器下游安裝一個止回閥，還可防止液體倒流回傳感器中，從而可以防止在裝、卸料期間被兩次測量。止回閥裝的離傳感器越近越好。傳感器安裝方式的選擇l1.2彎管型傳感器l當穿管器的測量管是彎管型時，情況相對復雜些，一般可大致分為兩種類型。其一，測量管是“U”型的，可參照直管型處理；其二，測量管“”型或三角型等其他彎曲形式的，出S形測量管外，在測量非干燥氣體、含有少量氣體的液體以及含有固體顆粒的漿液時都不推薦采用“旗式”安裝。因為當測量含有固體顆粒的漿液時，若采用“旗式”安裝，固體顆粒容易沉積在穿管器測量管的下部。而當測量含有少量氣體的液體介質(zhì)時，采用“旗式”安裝方式，氣泡可能會聚積在穿管器測量管的頂部。