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内容来源：夯出奇迹所属栏目：导读更新日期：2024-12-04

科氏质量流量计

揭秘科氏流量计：精度与效率的完美融合科里奥利质量流量计(简称科氏流量计)基于流体在振动管道中流动时产生与质量流量成正比的科里奥利力原理，直接测量质量流量，因其精度高、结构简单且流阻小等优点，在化工、石油、天然气和低温工程等领域得到广泛应用。科氏流量计通常在室温条件下使用水工质进行校准，随着测量扩展到液氮、液氢等低温流体，发现温度对科氏流量计精度的影响显著。温度效应对科氏流量计精度影响体现在温度变化引起测量管材料弹性模量和泊松比等的非线性变化。可见，温度修正准确性与流量计的数学模型、材料低温参数等密切相关。目前，直管型科氏流量计的质量流量计算模型形式统一，温度影响大多基于文献建立的简化直管科氏流量计模型，对材料物性进行修正，计算结果与数值仿真和实验结果吻合得很好。文献考虑弹性模量和线性热膨胀系数与温度的非线性关联式，提出了一种对参考条件下流量标定系数校正的温度修正方法，并实验验证了准确性。文献基于欧拉－伯努利梁的简支梁刚度模型，考虑材料的温度依变，得到了仅包含材料线膨胀系数和温差的流量计相对误差理论计算表达式。而U型科氏流量计的质量流量计算模型没有统一的解析方程，且大多数用于温度修正的质量流量数学解析方程并未与室温下的实验结果进行对比验证。理论计算模型的推导过程中多将测量管简化为𝢯𜌥🽧•夽œ用在弯管段上的科氏力。当测量管直管段长度与弯管段半径之比较小时，测量管的力学模型和刚度系数的计算会与实际产生较大的误差，从而对温度修正的准确性产生重要影响。 2000年，文献使用卡氏第二定理对𝢧🛨ጤ𚆨🐥Š襈†析，获得了测量管刚度系数和质量流量的表达式。2015年，文献从科氏质量流量计的敏感机理出发，建立了ž‹流量计的灵敏度模型，并依据材料的弹性模量随温度变化的线性模型，建立了流量计的灵敏度和温度的补偿模型。2018年，文献运用Kirchhoff-Cosserat理论，建立了流量计的力学模型，将U形管简化为𝢧𜌥𞗥ˆ𐦸饺椸Ž测量管谐振频率之间的定量关系，ANSYS仿真结果与理论分析表明，测量管谐振频率随温度的升高逐渐降低。 2020年，文献根据自由弯曲振动方程和扭转运动方程推导出质量流量方程，并通过分段拟合弹性模量和剪切模量的温度函数，建立一种从低温(5K)到室温范围内温度修正系数方法，在285～318K的温度范围内获得了与实验一致的结果。最近，文献提出了一种降低测量LNG质量流量不确定度的新方法，利用LNG密度计算值和固有弯曲频率测量值推导弹性模量，利用扭转频率和弯曲频率测量值计算泊松比，从而得到该温度下准确参数值，提高了流量测量精度。

工业测量新选择：两线制电磁流量计的利弊分析工业上泛采用4mA~20mA电流来传输模拟量,采用电流传输的主要原因是信号不易受干扰,并且电流源内阻无穷大,导线电阻串联在回路中基本不影响仪表精度,在普通双绞线上可以传输数百米,在流程工业中有广泛应用。法拉第电磁感应定律是电磁流量计的理论依据。在与测量管轴线和磁力线相互垂直的管壁上安装一对检测电极,当导电液体沿测量管轴线运动时,导电液体作切割磁力线运动产生感应电动势。此感应电势由测量管上的两个电极检出,数值大小为:E=K㗂㗖㗄 (1) 式中,E-感应电势;K-仪表常数;B-磁感应强度;V-测量管截面内的平均流速;D-测量管的内直径。两线制仪表只需两根电缆,既为仪表提供24Vdc配电,又是4mA~20mA电流输出载体,仪表的整机负载电流也体现在这两根电缆之上,属于典型的回路供电技术应用。如果电磁流量计整机负载电流大于4mA,这两根电缆上就一直会有这个大于4mA的电流存在,那么仪表的4mA输出功能则不能实现(一般情况是用4mA电流表示仪表测量范围的下限值)。为了解决这个问题,行业内一般方法是将两线制流量计的整机负载电流控制在3.5mA(24Vdc)左右,不用足4mA时需要预留0.5mA作为报警输出空间。要将两线制电磁流量计平均等效负载电流控制在3.5mA(24Vdc)左右,必须简化仪表功能,通常情况下只具备4~20mA电流输出功能。另外,高灵活性点阵显示器、高性能AD转换器等高性能、高功耗器件均不能使用。在电磁流量计水测量应用中,为了削弱极化电压对测量结果的影响,需要交变磁场。此交变磁场通常是通过交变恒流对传感器线圈进行励磁而获得,要提高流量计测量性能,提高励磁电流,增强流量信号信噪比,是最直接有效的措施。电磁流量计传感器需要励磁供电,且消耗的能量处于一个较高的水平(780 mW),可以认为励磁功能是电磁流量计最大的瞬态能量消耗负载,这与涡街、涡轮等被动传感器有本质区别,增大了两线制电磁流量计研制难度。两线制仪表供电架构对其仪表所消耗的能量有严格的限制,这一特性决定了两线制电磁流量计的励磁电流必然偏小,流量信号信噪比低,测量准确度差(ⱱ%)。因此一般来讲,两线制仪表的工作性能会弱于相应的四线制仪表。是两线制电磁流量计推广不力的主要原因,只有山武等少数厂商有少数应用,推广效果也不理想。两线制科氏质量流量计也有类似情况,主要原因仍然是由于两线制产品的供电架构限制了仪表整体能耗,导致测量准确度低,产品力不足,与四线制产品差距明显。

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