科氏質(zhì)量流量計通過檢測振動管因科里奧利力產(chǎn)生的扭曲來測量流量,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.振動管的激勵與初始狀態(tài)
流量計的傳感器采用U型、S型等振動管結(jié)構(gòu),由電磁驅(qū)動線圈驅(qū)動其高頻振動(頻率約80Hz,振幅小于1mm)。
當(dāng)無流體流經(jīng)時,振動管僅作主振動(如上下垂直振動),兩側(cè)電磁信號檢測器記錄的振動信號為同相位。
2.流體流動引發(fā)的科里奧利力
當(dāng)流體流入振動管時,被迫參與振動管的運動。根據(jù)牛頓第二定律,流體流動時會產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力(Fc=2ωVm,其中ω為振動角速度,V為流體速度,m為流體質(zhì)量)。
振動管扭曲現(xiàn)象:在振動周期內(nèi),流體對振動管施加方向相反的附加力。例如,振動管向上振動時,流入流體反抗向上運動,對管壁施加向下力;流出流體反抗向下運動,施加向上力。這種力矩導(dǎo)致振動管產(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.相位差檢測與流量計算
振動管扭曲導(dǎo)致入口與出口處的振動相位產(chǎn)生差異。兩側(cè)電磁信號檢測器分別記錄振動信號,并計算相位差(
ΔT)。
時間差與流量關(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))直接計算質(zhì)量流量。
數(shù)字信號處理優(yōu)化:采用數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)過濾噪聲,提高相位差檢測精度,響應(yīng)時間比傳統(tǒng)模擬信號處理快2-4倍。
4.溫度補償與密度測量
溫度變化會影響振動管鋼性,進而影響扭曲量。變送器通過鉑電阻溫度計實時監(jiān)測溫度,并調(diào)整流量計算模型以消除溫度干擾。
振動管的諧振頻率與流體密度相關(guān)(ρ∝f2),通過測量諧振頻率可同步輸出流體密度值。