一、測量原理
HNKF-9000科氏力質(zhì)量流量計基于科里奧利力學(xué)原理測量流體的質(zhì)量流量,當(dāng)流體直線運(yùn)動與轉(zhuǎn)動同時發(fā)生時就有科式力產(chǎn)生。當(dāng)滿足兩個條件:(1)雙彎管以一定的頻率振動,(2)管道中有流體流動時,就會產(chǎn)生一種新的力——科氏力,這個力是由管道振動和管道流體流動合成產(chǎn)生的附加力,這個力在彎管上產(chǎn)生了扭矩,使得彎管對稱其中心線發(fā)生扭轉(zhuǎn)。通過在彎管兩側(cè)的位移傳感器檢測其電信號,再對電信號進(jìn)行處理,直接得出質(zhì)量流量。
FC =2×△m(ω×v)
FC =科式力
△m = 運(yùn)動流體質(zhì)量
ω= 角速度
v = 徑向速度(旋轉(zhuǎn)或震動時)
科式力與運(yùn)動流體質(zhì)量△m和速度v成正比,即與運(yùn)動流體質(zhì)量流量成正比。
傳感器內(nèi)是U型流量管(圖),在沒有流體流經(jīng)流量管時,流量管由安裝在流量管端部的電磁驅(qū)動線圈驅(qū)動,其振幅小于1mm,頻率約為80Hz,流體流入流量管時被強(qiáng)制接受流量管的上下垂直運(yùn)動。在流量管向上振動的半個周期內(nèi),流體反抗管子向上運(yùn)動而對流量管施加一個向下的力;反之,流出流量管的流體對流量管施加一個向上的力以反抗管子向下運(yùn)動而使其垂直動量減少。這便導(dǎo)致流量管產(chǎn)生扭曲,在振動的另外半個周期,流量管向下振動,扭曲方向則相反,這一扭曲現(xiàn)象被稱之為科里奧利(Coriolis)現(xiàn)象,即科氏力。
根據(jù)牛頓第二定律,流量管扭曲量的大小*與流經(jīng)流量管的質(zhì)量流量大小成正比,安裝于流量管兩側(cè)的電磁信號檢測器用于檢測流量管的振動。當(dāng)沒有流體流過流量管時,流量管不產(chǎn)生扭曲,兩側(cè)電磁信號檢測器的檢測信號是同相位的(圖3);當(dāng)有流體流經(jīng)流量管時,流量管產(chǎn)生扭曲,從而導(dǎo)致兩個檢測信號產(chǎn)生相位差,這一相位差的大小直接正比于流經(jīng)流量管的質(zhì)量流量。由于這種質(zhì)量流量計主要依靠流量管的振動來進(jìn)行流量測量,流量管的振動,以及流過管道的流體的沖力產(chǎn)生了科氏力,致使每個流管產(chǎn)生扭轉(zhuǎn),扭轉(zhuǎn)量與振動周期內(nèi)流過流管的質(zhì)量流速成正比。由于一個流管的扭曲滯后于另*管的扭曲,質(zhì)量管上的傳感器輸出信號可通過電路比較,來確定扭曲量。
電路中由時間差檢測器測量左右檢測信號之間的滯后時間。這個“時間差”ΔT經(jīng)過數(shù)字量測量、處理、濾波以減少噪聲,提高測量分辨率。時間差乘上流量標(biāo)定系數(shù)來表示質(zhì)量流量。由于溫度影響流管鋼性,科氏力產(chǎn)生的扭曲量也將受溫度影響。被測量的流量不斷由變送器調(diào)整,后者隨時檢測粘在流管外表上的鉑電阻溫度計輸出。變送器用一個三相的電阻溫度計電橋放大電路來測量傳感器溫度,放大器的輸出電壓轉(zhuǎn)化成頻率,并由計數(shù)器數(shù)字化后讀入微處理器。
密度測量原理
流量管的一端被固定,而另一端是自由的。這一結(jié)構(gòu)可看做一重物懸掛在彈簧上構(gòu)成的重物/彈簧系統(tǒng),一旦被施以一運(yùn)動,這一重物/彈簧系統(tǒng)將在它的諧振頻率上振動,這一諧振頻率與重物的質(zhì)量有關(guān)。質(zhì)量流量計的流量管是通過驅(qū)動線圈和反饋電路在它的諧振頻率上振動,振動管的諧振頻率與振動管的結(jié)構(gòu)、材料及質(zhì)量有關(guān)。振動管的質(zhì)量由兩部分組成:振動管本身的質(zhì)量和振動管中介質(zhì)的質(zhì)量。每一臺傳感器生產(chǎn)好后振動管本身的質(zhì)量就確定了,振動管中介質(zhì)的質(zhì)量是介質(zhì)密度與振動管體積的乘積,而振動管的體積對每種口徑的傳感器來說是固定的,因此振動頻率直接與密度有相應(yīng)的關(guān)系,那么,對于確定結(jié)構(gòu)和材料的傳感器,介質(zhì)的密度可以通過測量流量管的諧振頻率獲得。
利用流量測量的一對信號檢測器可獲得代表諧振頻率的信號,一個溫度傳感器的信號用于補(bǔ)償溫度變化而引起的流量管鋼性的變化,振動周期的測量是通過測量流量管的振動周期和溫度獲得,介質(zhì)密度的測量利用了密度與流量管振動周期的線性關(guān)系及標(biāo)準(zhǔn)的校定常數(shù)。
科氏質(zhì)量流量傳感器振動管測量密度時,管道鋼性、幾何結(jié)構(gòu)和流過流體質(zhì)量共同決定了管道裝置的固有頻率,因而由測量的管道頻率可推出流體密度。變送器用一個高頻時鐘來測量振動周期的時間,測量值經(jīng)數(shù)字濾波,對于由操作溫度導(dǎo)致管道鋼性變化,進(jìn)而引起固有頻率的變化進(jìn)行補(bǔ)償后,用傳感器密度標(biāo)定系數(shù)來計算過程流體密度。?
二、技術(shù)參數(shù)
適用范圍:適用于液體、氣體、液固、氣固的微小質(zhì)量流量的測量
測量管材質(zhì):304 或316L不銹鋼
壓力等級:標(biāo)準(zhǔn)配置見上表,其他高壓可以特殊訂貨。
介質(zhì)溫度:-50℃~+150℃:-50℃~250℃;-50℃~ 350℃
環(huán)境溫度:-20℃~+70℃
工作環(huán)境濕度:≤90%RH,非冷凝
流量測量精度:±0.20% 流量±[(零點(diǎn)穩(wěn)定性/流量值)×100]% 流量(±0.1%為特殊訂貨)
密度測量范圍:0.5g/cm3~2.5g/cm3
密度測量精度:±0.002g/ml?
溫度測量范圍:-60℃~+200℃
溫度測量準(zhǔn)確度:±1℃
重復(fù)性:±0.10% 流量±[?(零點(diǎn)穩(wěn)定性/流量值)×100]% 流量
變送器供電要求:本安型電源電壓︰AC(220±10%)V,(50±5%)Hz
復(fù)合型電源電壓︰(24±10%)V
輸出信號:4~20mA ?負(fù)載電阻<500Ω(瞬時流量或密度可選);0~10kHz?瞬時流量脈沖信號;RS485 通訊信號
傳感器的防爆標(biāo)志:Exib(ib)ⅡBT2- T5
防爆合格證號:CE072066
變送器防爆標(biāo)志:Exd(ib)ibIBT5
防爆合格證號:CE092053?
三、顯著特點(diǎn)
直接測量介質(zhì)的質(zhì)量流量
可靠的*穩(wěn)定性
測量精度不受管內(nèi)流場的影響
多種回路材質(zhì)可選
流量傳感器內(nèi)無電路組件
管道振動和管道應(yīng)力影響小
無直管段要求,可隨意安裝
同時顯示質(zhì)量流量、密度、體積流量、溫度等
四、測量環(huán)境的影響
1、流體壓力的影響
首先考慮流體壓力不應(yīng)超過規(guī)定工作壓力,其次考慮靜壓變化影響的程度。壓力變化影響測量管繃緊程度和布登效應(yīng)的程度,以及破壞測量管不對稱的原零點(diǎn)偏置。雖然儀表常數(shù)變動和零漂很小,但是使用壓力時和校準(zhǔn)時相差甚大時,對于高精確度儀表影響值還是不能忽視的。小口徑儀表壁厚管徑比大,影響?。淮罂趶絻x表壁厚管徑比校大,影響大。
2、流體密度影響
流體密度變化改變流量測量系統(tǒng)的質(zhì)量,從而使流量傳感器的平衡發(fā)生變化,導(dǎo)致零點(diǎn)偏移。如果測量某一特定液體,只要在實(shí)際使用的液體密度條件下調(diào)零,使用過程中的密度變化不大,一般不存在問題。但在一根管道上測量密度差別較大的幾種液體時,會帶來零點(diǎn)變動的附加誤差
3、流體粘度影響
哈恩(大連)流體控制技術(shù)有限公司的科氏力質(zhì)量流量計HNKF-9000可測量液體粘度的范圍很寬,并呈現(xiàn)良好的測量性能。雖有報告論及粘度影響測量精確度,但很少有試驗(yàn)數(shù)據(jù)。液體粘度會改變系統(tǒng)的阻尼特性,從而影響零偏置;在低流量時對流量測量值有一定程度的影響。
4、雙相流體中異相含量影響
制造廠常稱含有百分幾體積比游離氣體影響測量不大。當(dāng)測量氣泡小而分布均勻的液體,如冰淇淋和相似乳化液,影響可能是相對的。含氣泡1%時有些型號無明顯影響,有些型號誤差為1%~2%,其中一臺雙管直管式則高達(dá)10%~15%;含氣泡10%時,誤差普遍增加到15%~20%,個別型號高達(dá)80%。此外流體的壓力、流速、粘度和氣液混合方式的差異,所帶來的影響也不一樣。測量含有少量固體的液體時,各類型HNKF-9000都有較高的信賴度。當(dāng)固體含量較多或固體具有強(qiáng)磨蝕性或軟固體(如食品湯汁中的蔬菜塊),應(yīng)選用單管直管型或串聯(lián)雙管型。因?yàn)槿缬貌⒙?lián)雙管型,分流器上有可能粘附異物或磨損導(dǎo)致改變兩路分流量,產(chǎn)生誤差;更為嚴(yán)重者如一路堵塞可能不被立即發(fā)現(xiàn)。
5、環(huán)境振動影響
HNKF-9000可以在振動環(huán)境下工作,但必須與振動隔離,例如與振動管間用柔性管連接和采用隔離振動的支撐架。但更應(yīng)預(yù)防振動頻率與HNKF-9000的工作頻率或諧波頻率相同。 同一型號多臺儀表串接安裝或較接近地平行安裝,尤其是裝在同一支撐臺架上,各HNKF-9000間工作頻率振動會相互影響,引起異常振動,嚴(yán)重時會使儀表無法工作。在訂購時可專門向制造廠提出,錯開兩串聯(lián)HNKF-9000的工作頻率。
6、管道應(yīng)力影響
若連接流量傳感器管道中心未對準(zhǔn)(或不平行)或管道溫度改變,管道應(yīng)力會形成壓力、拉力、或剪切力作用到HNKF-9000測量管間的對準(zhǔn),引起檢測探頭的不對稱性,導(dǎo)致零點(diǎn)變動。HNKF-9000安裝好后必須調(diào)零以消除或減小這一影響。若管道嚴(yán)重未對準(zhǔn),有可能無法調(diào)至零位。管道溫度偏離安裝時溫度,管道產(chǎn)生的熱膨脹(或收縮)力亦將作用到流量傳感器。有些HNKF-9000設(shè)計在測量管進(jìn)出口各有一個很重的分流器,可減小管道應(yīng)力對測量管的影響。直形測量管HNKF-9000特別易受熱膨脹力的影響,必要時可在管道裝熱膨脹隔離管件。
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