科氏質(zhì)量流量計(jì)測量精度高，測量不受介質(zhì)物性影響，無上、下游直管段長度的要求。而且科氏質(zhì)量流量計(jì)是智能化程度很高的儀表，其變送器除了質(zhì)量流量，能輸出轉(zhuǎn)化成4～20mA或者脈沖信號(hào)或者總線信號(hào)的體積流量、密度、溫度、粘度和濃度等流程參數(shù)；還能輸出轉(zhuǎn)化成繼電器觸點(diǎn)或者NAMOUR信號(hào)的空管檢測信號(hào)；甚至無需批處理控制器，直接對(duì)閥門進(jìn)行兩段式開閉控制。所以科氏質(zhì)量流量計(jì)廣泛應(yīng)用于化學(xué)、制藥、能源、橡膠、造紙、食品等各工業(yè)部門，在配料、裝車和貿(mào)易交接中相當(dāng)適用。
通過所設(shè)計(jì)的一些選用科氏質(zhì)量流量計(jì)的工程，關(guān)于選型方面，筆者得出幾點(diǎn)體會(huì)，下面作詳細(xì)闡述。
1 科氏質(zhì)量流量計(jì)的分類
科氏質(zhì)量流量計(jì)有很多種類：按測量管段數(shù)可分為單管型和雙管型；按測量管形狀可分為彎曲形和直形，彎曲形的測量管也分Ω字形、S字形、J字形、三角形等；按測量管材質(zhì)分有316L、904L、C-22合金、鈦和鋯等；按流量計(jì)安裝方式分有螺紋、法蘭、卡箍、CajonVCO、Swagelok等。根據(jù)工程實(shí)際情況和流程參數(shù)，選擇合適的形狀、材質(zhì)、公稱通徑、公稱壓力和安裝方式的質(zhì)量流量計(jì)。
2 介質(zhì)流速對(duì)科氏質(zhì)量流量計(jì)選型的影響
很明顯，科氏質(zhì)量流量計(jì)主要用來測量介質(zhì)質(zhì)量流量或者輸出計(jì)算得出的體積流量，工藝專業(yè)提供的選型參數(shù)也只涉及到介質(zhì)質(zhì)量流量或者體積流量；所以會(huì)忽略介質(zhì)流速的影響?？剖腺|(zhì)量流量計(jì)的測量管振幅微小，可視為無活動(dòng)件，又件，其測量值不受管道內(nèi)流場影響；所以可測量各種非牛頓流體以及粘滯的和含微粒的漿液，而且流量量程比可以很大。但是公稱通徑一定的科氏質(zhì)量流量計(jì)的測量值實(shí)際是受限制的，介質(zhì)流速是一個(gè)因素。接下來重點(diǎn)闡述介質(zhì)流速對(duì)科氏質(zhì)量流量計(jì)選型的影響，亦即根據(jù)介質(zhì)流速，合適選擇流量計(jì)測量管形狀和公稱通徑。
介質(zhì)流速對(duì)科氏質(zhì)量流量計(jì)選型的影響，與科氏質(zhì)量流量計(jì)測量原理有關(guān)?？剖腺|(zhì)量流量計(jì)，顧名思義，就是應(yīng)用科里奧利原理測量質(zhì)量流量的儀表。科里奧利原理描述的是旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)上沿著半徑方向作直線運(yùn)動(dòng)物體所受到的有別于離心力的力，這個(gè)力稱為科里奧利力。如圖1所示：質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)以轉(zhuǎn)速ω圍繞圓心旋轉(zhuǎn)，同時(shí)還疊加沿著半徑方向以速度v所作的直線運(yùn)動(dòng)。
這時(shí)質(zhì)點(diǎn)m受到一個(gè)使其偏離沿著半徑方向運(yùn)動(dòng)的力U，這個(gè)力U垂直于半徑方向，也就是科里奧利力。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量m越大，轉(zhuǎn)速ω越大，或者半徑方向直線運(yùn)動(dòng)的速度v越大；科里奧利力的作用就明顯。當(dāng)沿著半徑方向直線運(yùn)動(dòng)的速度v為零時(shí)，質(zhì)點(diǎn)上科里奧利力的作用就消失。最后得出公式：科里奧利力Fc=2mωv。
科氏質(zhì)量流量計(jì)運(yùn)用這個(gè)原理，將產(chǎn)生科里奧利力的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)替換為流量計(jì)內(nèi)以諧振頻率振動(dòng)的測量管。如圖2所示，為科氏質(zhì)量流量計(jì)內(nèi)以諧振頻率ω振動(dòng)的測量管的俯視圖。
當(dāng)振動(dòng)的測量管內(nèi)沒有流體或者流體靜止不動(dòng)時(shí)，測量管或者和管內(nèi)流體沒有受到科里奧利力的作用，測量管沒發(fā)生形變。當(dāng)測量管內(nèi)流體以速度v流動(dòng)時(shí)，測量管側(cè)面受到垂直于流體流動(dòng)方向的科里奧利力Fc的作用。測量管振動(dòng)，可以看作測量管一部分以支撐點(diǎn)為中心作小幅度的來回旋轉(zhuǎn)。流體剛進(jìn)入測量管時(shí)，流體上任一質(zhì)點(diǎn)可看成是沿半徑方向拋離測量管支撐點(diǎn)――亦即旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)；流體準(zhǔn)備流出測量管時(shí)，流體上任一質(zhì)點(diǎn)可看成是沿半徑方向接近測量管支撐點(diǎn)。結(jié)果如圖2所示，測量管輸入和輸出段受到方向相反的科里奧利力的作用，測量管開始發(fā)生扭曲。如圖3所示，在測量管輸入和輸出段各設(shè)置感應(yīng)器A和B。
測量管外形發(fā)生的扭曲變化，作為一個(gè)相位變化（△φ）被感應(yīng)器A和B檢測出來。在測量管諧振頻率一定的情況下，這個(gè)相位變化（△φ）與流體的質(zhì)量m以及流動(dòng)速度v成比例關(guān)系，也就是與流體的質(zhì)量流量成比例關(guān)系。檢測出瞬時(shí)的相位變化（△φ），即能知道該時(shí)的質(zhì)量流量。檢測信號(hào)送至轉(zhuǎn)換器處理轉(zhuǎn)換后，由變送器輸出與質(zhì)量流量成正比的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。
由此可見，科氏質(zhì)量流量計(jì)正常工作時(shí)，測量管內(nèi)介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生科里奧利力，作用于測量管壁，垂直于流體流動(dòng)方向。而滑動(dòng)摩擦力的計(jì)算公式為F=μ?N，式中的μ為滑動(dòng)摩擦因數(shù)，也叫滑動(dòng)摩擦系數(shù)，它只跟材料、接觸面粗糙程度有關(guān)，跟接觸面積無關(guān)；N為接觸面所受到的正壓力。正壓力N與測量管內(nèi)介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生科里奧利力Fc成比例關(guān)系，結(jié)合科里奧利力Fc的計(jì)算公式，可知介質(zhì)流速v越大，科里奧利力Fc越大，接觸面所受到的正壓力N也越大，介質(zhì)與測量管壁間的滑動(dòng)摩擦力就越大，流量計(jì)的壓損也就越大。注意測量介質(zhì)流速的問題，其實(shí)也就是注意流量計(jì)產(chǎn)生的壓損大小的問題。而且現(xiàn)在很多科氏質(zhì)量流量計(jì)采用三角形等彎曲形狀的測量管，容易形成“紊流"。所以科氏質(zhì)量流量計(jì)可能會(huì)產(chǎn)生很大的壓損，壓損甚至能高到難以忍受（0.1～0.2MPa）。另外，很大的壓損也容易造成“氣蝕"現(xiàn)象，損害流量計(jì)的測量管。
3 舉例說明
現(xiàn)舉例說明，測量介質(zhì)為軟化水，測量范圍：2～15m3h，正常流量：10m3h，溫度變化范圍：10～40℃，操作狀態(tài)下密度為998.4kg/m3，動(dòng)力粘度為1.01mPaS，工藝管道直徑為“2"。表1為某品牌科氏質(zhì)量流量計(jì)流速、壓損和誤差的計(jì)算結(jié)果。
如表1所示，流量計(jì)公稱通徑如果選擇11/2"，在流量時(shí)的計(jì)算壓損達(dá)0.409bar，遠(yuǎn)大于公稱通徑為2"時(shí)的情況，而流量精度并沒提高多少。如果選擇3"的公稱通徑，計(jì)算壓損雖然減少些，但是在最小流量時(shí)的精度很差，只有0.55%；而且對(duì)于2"的管道，選擇大一級(jí)的質(zhì)量流量計(jì)也不適合的。所以流量計(jì)公稱通徑選擇2"為宜。
4 結(jié)語
綜上所述，科氏質(zhì)量流量計(jì)選型時(shí)，需要考慮其壓損是否被整個(gè)工藝流程所允許。要求限制壓損，也就限制了在公稱通徑一定下的介質(zhì)流速上限范圍；或者在保證介質(zhì)質(zhì)量流量或體積流量上限的要求下，選擇大一級(jí)的公稱通徑，擴(kuò)大流通面積。另外，流量計(jì)公稱通徑小，測量精度高，價(jià)錢也相對(duì)便宜；公稱通徑大，雖然流量計(jì)壓損減小，但是測量精度降低，采購費(fèi)用增加。所以需要在精度和壓損之間取得平衡，計(jì)算出最合適的公稱通徑。
參考文獻(xiàn)
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