科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的概述及工作原理

1、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的概述

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)，簡(jiǎn)稱科氏流量計(jì)或CMF。科氏流量計(jì)是利用流體在振動(dòng)管中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的科里奧利力，而科里奧利力又與質(zhì)量流量成正比這個(gè)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)質(zhì)量流量測(cè)量的儀表。

科氏流量計(jì)以可直接測(cè)量管道內(nèi)流體的質(zhì)量流量，計(jì)量精確度高，工作性能穩(wěn)定可靠，適用的流體介質(zhì)面寬，而被廣泛用于石油、化工、冶金、制藥、造紙、食品和能源等行業(yè)工藝過程的檢測(cè)控制以及貿(mào)易計(jì)量結(jié)算等場(chǎng)合。

2、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的工作原理

科里奧利(Coriolis)是法國(guó)物理學(xué)家。經(jīng)過科里奧利的研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)一個(gè)質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于慣性系做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體系，其軌跡是一條曲線。立足于旋轉(zhuǎn)體系，他認(rèn)為有一個(gè)力驅(qū)使質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡形成曲線，這個(gè)力就是科里奧利力。

科里奧利力廣泛用于氣象、水力、海洋研究、人類工程學(xué)、導(dǎo)彈軍事等不同的領(lǐng)域，當(dāng)然還包括質(zhì)量流量的測(cè)量。

人們利用科里奧利力的原理設(shè)計(jì)了用于對(duì)質(zhì)量流量進(jìn)行測(cè)量的儀表。

科氏質(zhì)量流量計(jì)是利用當(dāng)被測(cè)量的流體通過一個(gè)振動(dòng)中的測(cè)量管，流體在管道中的流動(dòng)相當(dāng)于直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)量管受振動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)角速度，由于振動(dòng)是受到外加電磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的，有著固定的頻率，因而流體在管道中產(chǎn)生的科里奧利力僅與其質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，而質(zhì)量和流速的乘積就是需要測(cè)量的質(zhì)量流量，因而通過測(cè)量流體在管道中受到的科里奧利力，便可以測(cè)量其質(zhì)量流量。

如圖8-3所示，當(dāng)一質(zhì)*為δm的質(zhì)點(diǎn)，在以勻速μ圍繞旋轉(zhuǎn)軸P，以角速度ω旋轉(zhuǎn)并延軸向運(yùn)動(dòng)，這個(gè)質(zhì)點(diǎn)將獲得兩個(gè)加速度。

圖中:αr----法向加速度;

     αt----切向加速度;又稱科里奧利加速度。

為了使質(zhì)點(diǎn)具有科里奧利加速度αt，就需要在αt方向施加一大小等于2ωμδm，方向相反的力Fc，這個(gè)Fc稱之為科里奧利力，其大小等于:

Fc=2ωμδm

從圖8-3可以看到，當(dāng)密度為ρ的流體以恒定流速μ旋轉(zhuǎn)流動(dòng)時(shí)，任一段長(zhǎng)度△X的管道將受到一個(gè)大小的△Fc的切向科里奧利力，其大小等于：

△Fc=2ωμδA△X

式中，A為管道的橫截面積。

由于質(zhì)量流量qm=δμA，將式(8-2)代入該式則可得：

式中qm----質(zhì)量流量；

    △Fc----科里奧利力；

    ω----流體旋轉(zhuǎn)角速度；

    △X----單位長(zhǎng)度。

從式(8-3)中可以知道，當(dāng)ω,△X為常數(shù)時(shí)，質(zhì)量流量與單位長(zhǎng)度上受到的科里奧利力△Fc成正比。只要能直接或間接地測(cè)量出△Fc，就能測(cè)得流經(jīng)管道的質(zhì)量流量。

但是，在實(shí)際測(cè)量中，要使流體流經(jīng)管道時(shí)圍繞以P軸以角速度ω旋轉(zhuǎn)顯然是不切實(shí)際，但經(jīng)過幾年的實(shí)踐和探索，人們發(fā)現(xiàn)使管道以P軸為軸心產(chǎn)生一定頻率的上下振動(dòng)，也能使管道內(nèi)壁產(chǎn)生相應(yīng)的科里奧利力.這種管道又稱為振動(dòng)管。