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摘要：科里奧利質(zhì)量流量計(jì)稱得上是真正意義上的質(zhì)量流量測量，具備一系列工程應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為工業(yè)控制及節(jié)能管理領(lǐng)域較多使用的流量儀表，廣泛應(yīng)用于石化、制藥及其他工業(yè)領(lǐng)域。本文從化工車間科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的原理和結(jié)構(gòu)入手，總結(jié)了一些安裝使用上的注意事項(xiàng)和使用方法，對(duì)其選用及安裝進(jìn)行說明，最后簡單闡述了科里奧利質(zhì)量流量計(jì)在化工車間的投運(yùn)及常見故障的處理方法。

關(guān)鍵詞：科里奧利力：質(zhì)量流量計(jì)；工作原理；應(yīng)用

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1引言

在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，流量參數(shù)極其重要。目前，流量計(jì)的種類各式各樣，其中較為常見的是體積流量計(jì)，如節(jié)流式流量計(jì)、電磁流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、超聲流量計(jì)等”。由于在實(shí)際生產(chǎn)過程中，工程師對(duì)于經(jīng)濟(jì)核算、物料平衡等工程因素更加關(guān)心，所以體積流量計(jì)的應(yīng)用有所限制，如何測試流體的質(zhì)量成為了實(shí)際應(yīng)用中的一個(gè)難題。盡管有人能夠利用體積流量計(jì)及流體密度計(jì)算出測試流體的質(zhì)量，但由于此方法結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，測量精度受外在溫度、壓力等影響較大。因此，工程技術(shù)人員迫切希望能夠開發(fā)出一種能直接測量管道中流體的質(zhì)量流量的新型流量計(jì)。科里奧利質(zhì)量流量計(jì)（Coriolis Mass Flowmeter，CMF），即科氏力質(zhì)量流量計(jì)，可以直接測量流體質(zhì)量流量，并且精準(zhǔn)度極高，誕生于美國，并且起初由美國艾默生公司旗下著名品牌Micro Motion于八十年代將其技術(shù)完善成熟、商品化并推向市場。科氏力質(zhì)量流量計(jì)不僅能夠高精度測量腐蝕性介質(zhì)及易爆炸介質(zhì)的質(zhì)量流量和介質(zhì)密度，而且還可以在庫存量控制及批量控制、貿(mào)易結(jié)算等方面發(fā)揮作用。因此，可以說科氏質(zhì)量流量計(jì)是測量技術(shù)的一個(gè)里程碑，具有劃時(shí)代意義，它實(shí)現(xiàn)了工程師直接測量質(zhì)量流量的愿望，同時(shí)達(dá)到了需要的精度。自其問世后，一直深受行業(yè)熱捧。

2工作原理

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是基于科里奧利（Cor1o1is）效應(yīng)而制成的流量測量儀表。在旋轉(zhuǎn)體系中進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，由于慣性，會(huì)按照原有運(yùn)動(dòng)方向一直運(yùn)動(dòng)，然而體系本身將始終保持旋轉(zhuǎn)，所以，經(jīng)過一段時(shí)間的旋轉(zhuǎn)后，旋轉(zhuǎn)體系中質(zhì)點(diǎn)的位置將發(fā)生一些變化，這時(shí)，若從旋轉(zhuǎn)體系的視角來觀察，旋轉(zhuǎn)體系原來的轉(zhuǎn)向會(huì)發(fā)生輕微偏離。如果體系內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于慣性系為直線運(yùn)動(dòng)，那么其旋轉(zhuǎn)路徑相對(duì)于體系而言，可以看為曲線。從旋轉(zhuǎn)體系的角度出發(fā)，必須存在一個(gè)力，在這個(gè)力的作用下，質(zhì)點(diǎn)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，該力即為科里奧利力（科氏力）。

科里奧利力的計(jì)算公式如下：

Fc =2mωv???（1）

式中，Fc為科氏力，m為質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量，①為角速度，V為質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度（相對(duì)于靜止參考系）方向滿足右手螺旋定律。

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是利用流體在直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)處于一旋轉(zhuǎn)系中，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力原理制成的一種直接式質(zhì)量流量儀表。兩根U形管（也可以是一根）在驅(qū)動(dòng)線圈的作用下，以一定頻率震動(dòng)，被測流體從U形管流動(dòng)，其流動(dòng)方向與震動(dòng)方向垂直，在科氏力的作用下，U型管產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)角日，因此U型管兩管端通過振動(dòng)中心就產(chǎn)生了時(shí)間差，此時(shí)間與質(zhì)量流量q如成正比，其關(guān)系式如下：
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式中：K，為U型管的扭轉(zhuǎn)彈性模量，r為U型管的半徑：△t為U型管兩端通過振動(dòng)中心所需要的時(shí)間差。

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)由兩部分組成：一是由流體從中流過的傳感器：另部分是電子組件組成的轉(zhuǎn)換器，傳感器產(chǎn)生震動(dòng)并處理來自傳感器的信息，以實(shí)現(xiàn)流量測量。

U型管科里奧利質(zhì)量流量討的測量管是兩根平行的口型管，驅(qū)動(dòng)U型管垂直于管道教運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器是由激振線圈和永久磁鐵組成。位于U型管的兩個(gè)直管管端的兩個(gè)檢測器用于監(jiān)控驅(qū)動(dòng)器的振動(dòng)情況和檢測管端的位移情況，檢測出兩個(gè)振動(dòng)管之間的振動(dòng)時(shí)間差，以便通過轉(zhuǎn)換器給出流經(jīng)傳感器的質(zhì)量流量。

3科里奧利質(zhì)量流量計(jì)結(jié)構(gòu)特性

在流體質(zhì)量流量測試過程中，某個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的科氏力極其微小，因此要保證測量過程的高精度并不容易，因此，增加測量系統(tǒng)對(duì)科氏力的感應(yīng)或者在同樣科氏力的作用下增大測量系統(tǒng)的感應(yīng)強(qiáng)度能夠使測量系統(tǒng)產(chǎn)生精確識(shí)別可用的信號(hào)。因此，改善科氏力在測試系統(tǒng)管路上的作用強(qiáng)度是一個(gè)有效手段。改善測試系統(tǒng)管路土科氏力的作用強(qiáng)度的有效方法在于改善測試系統(tǒng)管路彈性，可以通過減小系統(tǒng)管路鋼性、選用彈性優(yōu)良的材料制造及準(zhǔn)確確定測試系統(tǒng)振蕩頻率，進(jìn)而達(dá)到將測試系統(tǒng)管路的形變增加的目的。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，如果管上的科氏力越明顯，則系統(tǒng)彈性就應(yīng)該越好，那么剃量管的管壁就會(huì)更薄，長度也更長。在此理論基礎(chǔ)之上可知，該方法既增加了測試系統(tǒng)管路的變形量和信噪比又減小了外界信號(hào)的干擾。測試系統(tǒng)管路上所受應(yīng)力應(yīng)該避免集中，以盡量減少材料的疲勞失效。測試系統(tǒng)管路所受應(yīng)力作用的形式不同會(huì)對(duì)管路的整體測量靈敏度產(chǎn)生輕微影響1。

4科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的使用

4.1科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的選擇性能及可靠性是確定科氏流量計(jì)的首選要素。性能要素具體包含精準(zhǔn)度、壓力損失量、量程利用率及量程能力這幾個(gè)要素，可靠性則主要考慮實(shí)踐的檢驗(yàn)。準(zhǔn)確度具體描述為流量百分比準(zhǔn)確度、滿量程準(zhǔn)確度和帶零穩(wěn)點(diǎn)穩(wěn)定度的準(zhǔn)確度，具體包括三個(gè)主要參數(shù)：偏差、重復(fù)性、線性和回滯。不同的制造商往往以不同的標(biāo)準(zhǔn)給出準(zhǔn)確度，對(duì)比數(shù)據(jù)時(shí)需要合理換算。操作人員需要按照操作具體條件和傳感器的流量，初步選出傳感器的規(guī)格，從而計(jì)算出壓力損失，這些均是選型工作的必須步驟。誤差較大的高流量會(huì)使得壓力損失值較大，鑒于靈敏度較高，相應(yīng)的準(zhǔn)確度就好。相反，低流量會(huì)使壓力損失降低，靈敏度低，準(zhǔn)確度較差。所以，選擇的時(shí)候要全面分析，在保證較高的流量靈敏度和準(zhǔn)確度前提下，降低壓力損失。量程能力也是整個(gè)過程中需要注意的因素。如果使用毫安輸出信號(hào)，則與其他儀表的選擇沒有任何差別。量程利用率同樣不容忽視，一般可通過生產(chǎn)商給出的科氏力流量計(jì)在各種流速下的量程利用率、壓力損失和準(zhǔn)確度曲線來計(jì)算其在給定應(yīng)用中的性能。

4.2科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的安裝根據(jù)前面所述科氏流量計(jì)的理論基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)，該型流量計(jì)的安裝有如下的基本要求：

（1）傳感器、變送器均為出廠前配套標(biāo)定，在工廠安裝時(shí)需要核對(duì)。一旦變送器更換，則需要重新配套標(biāo)定。

（2）傳感器及變送器需要盡量遠(yuǎn)離電磁信號(hào)干擾，如廠區(qū)內(nèi)電動(dòng)機(jī)、繼電保護(hù)器等電磁裝置。

（3）測試系統(tǒng)管路內(nèi)應(yīng)盡量保證充滿被測介質(zhì)。被測介質(zhì)不同，安裝方式也會(huì)變化。（4）安裝過程中，務(wù)必保證傳感器與系統(tǒng)管路同軸對(duì)準(zhǔn)安裝，原則上應(yīng)該盡量做到軸向和徑向無應(yīng)力安裝。

（5）傳感器盡量需要安裝在直管段之后，或者節(jié)流器件、阻流元件之前，以確保流體均質(zhì)、可靠地通過振管。

4.3科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的投運(yùn)

4.3.1投用前的檢查檢查流量傳感器和變送器的型號(hào)、編號(hào)。

檢查流量計(jì)的組態(tài)是否正確，流量計(jì)的流量標(biāo)定系數(shù)、密度標(biāo)定系數(shù)、溫度標(biāo)定系數(shù)是香正確。儀表測量范圍、耐溫、耐壓值是否與被測流體相符、安裝是否符合要求、接線是否準(zhǔn)確可靠。

4.3.2調(diào)整零點(diǎn)

（1）記錄原來零點(diǎn)校準(zhǔn)系數(shù)：

（2）通過功能菜單啟動(dòng)零點(diǎn)校正，等待校正完成：

（3）記錄新的零點(diǎn)校準(zhǔn)系數(shù)。在調(diào)整零點(diǎn)前要注意以下幾點(diǎn)：

給變送器通電，使它預(yù)熱至少30分鐘，確保變送器處于允許流量計(jì)調(diào)整的安全模式；雖然質(zhì)量流量計(jì)測量的是流體的質(zhì)量流量，實(shí)際溫度對(duì)質(zhì)量沒有影響，但會(huì)影響儀表零點(diǎn)的穩(wěn)定性，因此鑰匙的傳感器溫度值接近正常的過程運(yùn)行溫度，才能調(diào)零；保證傳感器滿管，關(guān)閉在流量計(jì)下游的截止閥，使流過傳感器的流量為零，然后才能調(diào)零。調(diào)零過程中必須保證流過傳感器的流體完全不流動(dòng)。

4.3.3投運(yùn)

（1）打開流量計(jì)前后閥門，關(guān)閉旁路閥門，使儀表投入運(yùn)行：

（2）儀表投運(yùn)后，各可調(diào)部分不得隨意改變。

4.4常見故障及處理方法

（1）轉(zhuǎn)換器無顯示：檢查電源及電源保險(xiǎn)絲是否燒斷：

（2）零位漂移：檢查閥門是否泄漏，流量計(jì)的標(biāo)定系數(shù)是否準(zhǔn)確，阻尼是否過低，是否兩相流，傳感器接線盒是否潮濕；接線是否正確：接地是否正確，安裝是否有應(yīng)力，是否有電磁干擾。

（3）顯示和輸出值波動(dòng)：檢查阻尼是否太小：驅(qū)動(dòng)放大器是否穩(wěn)定；密度顯示值是否穩(wěn)定：接線是否正確是否有振動(dòng)干擾；傳感器管道是否堵塞或者有積垢：是否兩相流。

（4）質(zhì)量流量顯示不正確：檢查流量標(biāo)定系數(shù)是否正確；流量單位是否正確：檢查零位是否正確，若不正確重新調(diào)零：檢查流量計(jì)組態(tài)是測量質(zhì)量流量還是測量體積流量；密度標(biāo)定系數(shù)是否正確：流量計(jì)所顯示的被測介質(zhì)的密度、溫度是否正確：接線是否正確；接地是否正確；是否兩相流；

（5）密度顯示不正確：檢查密度標(biāo)定系數(shù)是否正確：接地線是否正確；接線是否正確：是否兩相流：是否振動(dòng)干擾：是否為團(tuán)狀流：（6）流量計(jì)有電源，無輸出：用萬用表檢查傳感器不同接線端的電阻，是否與廠商提供的數(shù)據(jù)相符。

5結(jié)語

科氏質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用廣泛、技術(shù)先進(jìn)，在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用對(duì)強(qiáng)化控制、加強(qiáng)計(jì)量管理和節(jié)能降耗起著越來越重要的作用。但科氏質(zhì)量流量計(jì)技術(shù)含量高，故市場價(jià)格也較貴，所以在工程實(shí)際當(dāng)中就要求工程技術(shù)人員在選擇及使用科氏質(zhì)量流量計(jì)時(shí)要綜合考慮工程的實(shí)際需要及經(jīng)費(fèi)預(yù)算等方面，一旦選擇不妥，不僅得不到滿意的測量精度，還有可能無法進(jìn)行工程測量。特別地，對(duì)于那些測量精度要求不嚴(yán)格，沒有其他特殊情況時(shí)，最好不要任意使用科氏質(zhì)量流量計(jì)。總之，我們需要根據(jù)各方面條件進(jìn)行權(quán)衡，在此基礎(chǔ)上合理選用科氏質(zhì)量流量計(jì)，使其發(fā)揮應(yīng)有地工程實(shí)際意義。