科氏質(zhì)量流量計(jì)通過檢測(cè)振動(dòng)管因科里奧利力產(chǎn)生的扭曲來測(cè)量流量,其核心原理基于科里奧利效應(yīng)與牛頓第二定律的結(jié)合,具體過程如下:
1.振動(dòng)管的激勵(lì)與初始狀態(tài)
流量計(jì)的傳感器采用U型、S型等振動(dòng)管結(jié)構(gòu),由電磁驅(qū)動(dòng)線圈驅(qū)動(dòng)其高頻振動(dòng)(頻率約80Hz,振幅小于1mm)。
當(dāng)無流體流經(jīng)時(shí),振動(dòng)管僅作主振動(dòng)(如上下垂直振動(dòng)),兩側(cè)電磁信號(hào)檢測(cè)器記錄的振動(dòng)信號(hào)為同相位。
2.流體流動(dòng)引發(fā)的科里奧利力
當(dāng)流體流入振動(dòng)管時(shí),被迫參與振動(dòng)管的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)牛頓第二定律,流體流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力(Fc=2ωVm,其中ω為振動(dòng)角速度,V為流體速度,m為流體質(zhì)量)。
振動(dòng)管扭曲現(xiàn)象:在振動(dòng)周期內(nèi),流體對(duì)振動(dòng)管施加方向相反的附加力。例如,振動(dòng)管向上振動(dòng)時(shí),流入流體反抗向上運(yùn)動(dòng),對(duì)管壁施加向下力;流出流體反抗向下運(yùn)動(dòng),施加向上力。這種力矩導(dǎo)致振動(dòng)管產(chǎn)生周期性扭曲(科里奧利現(xiàn)象),且扭曲量與質(zhì)量流量成正比。
3.相位差檢測(cè)與流量計(jì)算
振動(dòng)管扭曲導(dǎo)致入口與出口處的振動(dòng)相位產(chǎn)生差異。兩側(cè)電磁信號(hào)檢測(cè)器分別記錄振動(dòng)信號(hào),并計(jì)算相位差(
ΔT)。
時(shí)間差與流量關(guān)系:相位差ΔT與質(zhì)量流量成正比,通過公式Qm=K⋅ΔT(K為流量標(biāo)定系數(shù))直接計(jì)算質(zhì)量流量。
數(shù)字信號(hào)處理優(yōu)化:采用數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)過濾噪聲,提高相位差檢測(cè)精度,響應(yīng)時(shí)間比傳統(tǒng)模擬信號(hào)處理快2-4倍。
4.溫度補(bǔ)償與密度測(cè)量
溫度變化會(huì)影響振動(dòng)管鋼性,進(jìn)而影響扭曲量。變送器通過鉑電阻溫度計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度,并調(diào)整流量計(jì)算模型以消除溫度干擾。
振動(dòng)管的諧振頻率與流體密度相關(guān)(ρ∝f2),通過測(cè)量諧振頻率可同步輸出流體密度值。