科里奧利質(zhì)量流量計(jì)
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)（以下簡稱CMF）（以下簡稱CMF）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。
基于科里奧利原理的流量儀表的開發(fā)始于20世紀(jì)50年代初，但直到70年代中期，由美國高準(zhǔn)(MicroMotion)公司首先推向市場。到80年代中后期各國儀表廠相繼開發(fā)，迄1995年世界已有40家以上儀表制造廠推出各種結(jié)構(gòu)的CMF。
到1995年世界范圍CMF裝用量估計(jì)在18萬～20萬臺(tái)之間，1995年銷售量估計(jì)在4萬～4.5萬臺(tái)之間。 我國CMF的應(yīng)用起步較晚，從80年代中期引進(jìn)成套裝置附帶進(jìn)口少量儀表開始，到技術(shù)改造所需單臺(tái)進(jìn)口一定數(shù)量，迄1997年估計(jì)裝用量在3500~4500臺(tái)之間。
1997年我國已有4家制造廠自行開發(fā)CMF供應(yīng)，目前中隆儀表廠已有完整的IZL系列；還有幾家制造廠組建合資企業(yè)或引進(jìn)生產(chǎn)系列儀表。
第二節(jié) 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)原理和結(jié)構(gòu)
如圖1所示，當(dāng)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)以速度υ在對p軸作角速度ω旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)受到兩個(gè)分量的加速度及其力。
1）、法向加速度 即向心力加速度αr，其量值等于ω2r，方向朝向P軸；
2）、切向加速度αt 即科里奧利加速度，其量值等于2ωυ，方向與αr垂直。由于復(fù)合運(yùn)動(dòng)，在質(zhì)點(diǎn)的αt方向上作用著科里奧利Fc=2ωυm，管道對質(zhì)點(diǎn)作用著一個(gè)反向力-Fc= -2ωυm。 當(dāng)密度為ρ的流體在旋轉(zhuǎn)管道中以恒定速度υ流動(dòng)時(shí)，任何一段長度Δx的管道都將受到一個(gè)ΔFc的切向科里奧利力。
（1） 式中 A——管道的流通內(nèi)截面積。 由于質(zhì)量流量計(jì)流量即為δm，δm=ρυA
注：上圖為科里奧利質(zhì)量流量傳感器圖
（2） 因此，直接或間接測量在旋轉(zhuǎn)管道中流動(dòng)流體產(chǎn)生的科里奧利力就可以測的得質(zhì)量流量，這就是CMF的基本原理。 然而通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生科里奧利力是困難的，目前產(chǎn)品均代之以管道振動(dòng)產(chǎn)生的，即由兩斷端固定的薄壁測量管，在中點(diǎn)處以測量管諧振或接近諧振的頻率（或其高次諧波頻率）所激勵(lì)，在管內(nèi)流動(dòng)的流體產(chǎn)生科里奧利力，使測量管中點(diǎn)前后兩半段產(chǎn)生方向相反的撓曲，用光學(xué)或電磁學(xué)方法檢測撓曲量以求得質(zhì)量流量。
又因流體密度會(huì)影響測量管的振動(dòng)頻率，而密度與頻率有固定的關(guān)系，因此CMF也可測量流體密度。
CMF由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器（或流量計(jì)算機(jī)）兩部分組成，。圖2為流量傳感器一列一例，主要有由測量管及其支撐固定橋架、測量管振動(dòng)激勵(lì)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)線圈A、檢測測量管撓曲的光學(xué)檢測探頭或電磁檢測探頭B、修正測量管材料揚(yáng)楊氏模量溫度影響的測溫組件等組成。轉(zhuǎn)換器主要由振動(dòng)激勵(lì)系統(tǒng)的振動(dòng)信號(hào)發(fā)生單元、信號(hào)檢測和信號(hào)處理單元等組成；流量計(jì)算機(jī)則還有組態(tài)設(shè)定、工程單位換算、信號(hào)顯示和與上位機(jī)通信等功能。
第三節(jié) 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)
CMF直接測量質(zhì)量流量，有很高的測量精確度。 可測量流體范圍廣泛，包括高粘度液的各種液體、含有固形物的漿液、含有微量氣體的液體、有足夠密度的中高壓氣體。
測量管的振動(dòng)幅小，可視作非活動(dòng)件，測量管路內(nèi)件和活動(dòng)件。 對應(yīng)對迎流流速分布不敏感，因而無上下游直管段要求。
測量值對流體粘度不敏感，流體密度變化對測量值得值的影響微小。可做多參數(shù)測量，如同期測量密度，并由此派生出測量溶液中溶質(zhì)所含的濃度。
第四節(jié) 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)缺點(diǎn)
CMF零點(diǎn)不穩(wěn)定形成零點(diǎn)漂移，影響其精確度的進(jìn)一步提高，使得許多型號(hào)儀表只得采用將總誤差分為基本誤差和零點(diǎn)不穩(wěn)定度量兩部分。
CMF不能用于測量低密度介質(zhì)和低壓氣體；液體中含氣量超過某一限制（按型號(hào)而異）會(huì)顯著著影響測量值。
CMF對外界振動(dòng)干擾較為敏感，為防止管道振動(dòng)影響，大部分型號(hào)CMF的流量傳感器安裝固定要求較高。 不能用于較大管徑，目前尚局限于150（200）mm以下。測量管內(nèi)壁磨損腐蝕或沉積結(jié)垢會(huì)影響測量精確度，尤其對薄壁管測量管的CMF更為顯著。 壓力損失較大，與容積式儀表相當(dāng)，有些型號(hào)CMF甚至比容積式儀表大99%。
大部分型號(hào)CMF重量和體積較大。
質(zhì)量流量計(jì)價(jià)格昂貴：國外價(jià)格5000 ～10000美元一套，約為同口徑電磁流量計(jì)的2 ～5倍；國內(nèi)價(jià)格約為電磁流量計(jì)的2～ 8倍。
第五節(jié) 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)分類
CMF發(fā)展到現(xiàn)在已有30余中種系列品種，其主要區(qū)別在于流量傳感器測量管結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)創(chuàng)新；提高儀表精確度、穩(wěn)定性、靈敏度等性能；增加測量管撓度，改善應(yīng)力分布，降低疲勞損壞；加強(qiáng)抗振動(dòng)干擾能力等。
因而測量管出現(xiàn)了多種形狀和結(jié)構(gòu)（參見圖3），本節(jié)僅就此從不同角度作些分類和討論。 畫圖 CMF 按測量管形狀可分為彎曲形和直形。 按測量管段數(shù)可分為單管型和雙管型。 按雙管型測量管段的連接方式可分為并聯(lián)和串聯(lián)型。按測量管流體流動(dòng)方向和工藝管道流動(dòng)方向間布置方式可分為并行方式和垂直方式。
5、1 按測量管形狀分類
1） 彎曲形：首先投入市場的儀表測量管彎成U字形，現(xiàn)在已開發(fā)的彎曲形狀有Ω字形、B字形、S字形、圓環(huán)形、長圓環(huán)形等。彎曲形測量管的儀表系列比值比直形測量管的儀表多。設(shè)計(jì)成彎曲形狀是為了降低鋼剛性，因與直形相比可以采用較厚的管壁，儀表性能受磨蝕腐蝕影響較?。坏追e存氣體和殘?jiān)鸶郊诱`差。此外，彎形測量管的CMF的流量傳感器整機(jī)重量和尺寸要比值比直形的大。
2） 直形：直形測量管的CMF不易積存氣體及便于清洗。垂直安裝測量漿液時(shí)，固體顆粒不易在暫停運(yùn)行時(shí)沉積于測量管內(nèi)。流量傳感器尺寸小，重量輕。但鋼剛性大，管壁相對較薄，測量值受磨蝕腐蝕影響大。
有些型號(hào)直形測量管儀表的激勵(lì)頻率較高，在600 ～1200Hz之間（彎形測量管的激勵(lì)頻率僅40 ～150Hz之間），不易受外界工業(yè)振動(dòng)頻率的干擾。
近年國外原主張并生產(chǎn)彎曲形測量管的CMF制造廠，亦竟相開發(fā)直形測量管CMF，它有日益增加的趨勢。
5、2 按測量管段數(shù)分類 這里所指測量管段是流體通過各自振動(dòng)并檢測科里奧利力劃分的獨(dú)立測量管。
1）單管型 初期開發(fā)的產(chǎn)品是單管式，因易受外界振動(dòng)干擾影響，后期開發(fā)的CMF則多趨向于雙管型，單但近年開發(fā)又有采用單管型的，如圖3(q)所示。
2）雙管型 雙管型可降低外界振動(dòng)干擾的敏感性，容易實(shí)現(xiàn)相位差的測量，目前為絕大多數(shù)型號(hào)儀表所采用。
5、3 按雙管型測量管的連接方式分類
1） 并聯(lián)型
如圖3(a)、(d)、(f)、(h)、(i)、(j)、(k)、(I)、(m)、(o)、(p)所示。流體流入傳感器后經(jīng)上游管道分流器分成二路進(jìn)入并聯(lián)的二根測量管段，然后經(jīng)與分流器形狀相同的集流器進(jìn)入下游管道。并聯(lián)型為較多型號(hào)儀表所采用。分流器要求盡可能等量分配，但使用過程中分流器由于沉積粘附異物或磨蝕悔改會(huì)改變原有流動(dòng)狀態(tài)，引起零點(diǎn)漂移和產(chǎn)生附加誤差。
2） 串聯(lián)型
如圖3(b)、(e)、(g)、(n)所示。流體流過測量管段再經(jīng)導(dǎo)流塊引入第二測量管段。本方式流體流過兩測量管段的量相同，不會(huì)產(chǎn)生因分流值變化所引起的缺點(diǎn)，適用于雙切變敏感的流體。
5、4 按測量管流動(dòng)方向和工藝管道流動(dòng)方向布置方式分類
1） 平行方式 測量管的布置使流體流動(dòng)方向和工藝管道流動(dòng)方向平行。采用這種方式型號(hào)較多，如圖11.3(b)、(d)、(f)、(g)、(j)、(k)、(I)、(m)、(o)、(p)、(q)。
2） 垂直方式 測量管的布置與工藝管 道垂直，流量傳感器整體不在工藝管道振動(dòng)干擾作用的平面內(nèi)，抗管道振動(dòng)干擾的能力強(qiáng)，如圖2(a)、(e)、(h)、(i)、(n)。
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