質(zhì)量流量計(jì)簡(jiǎn)要說(shuō)明

1、質(zhì)量流量計(jì)介紹目前廣泛應(yīng)用的流量計(jì)，不管是差壓式、靶式、渦輪、 電磁或容積等型式， 從原理上看都足測(cè)量容積流量的。 由于流體 的容積大小受其溫度、壓力等參數(shù)的阻礙，當(dāng)被測(cè)流體的溫度、 壓力坐化時(shí)， 應(yīng)把所測(cè)量的容積流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)或某一約定 狀態(tài)下的相應(yīng)值。但事實(shí)上當(dāng)溫度、壓力頻繁變動(dòng)時(shí)，進(jìn)行及時(shí) 的換確實(shí)是專門困難的，有時(shí)是不可能的。 因此，希望用質(zhì) 量流量計(jì)來(lái)測(cè)量質(zhì)量流量。另外、在實(shí)際生產(chǎn)中，由于要對(duì)產(chǎn)品 進(jìn)行質(zhì)量操縱、 對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中各種物料混合比率進(jìn)行測(cè)定、 成本核算以及對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)等，也必須了解質(zhì)量流量。隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)展和自動(dòng)化水平的提高，例如實(shí)現(xiàn)大型發(fā)電機(jī)組的全程自

2、啟停、對(duì)核電站氣、液二相流的規(guī)定，以及對(duì)電廠 熱力經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行更準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)等， 都使得質(zhì)量流量測(cè)量技術(shù)日益 重要: 容積流量Q和質(zhì)量流量M之間的關(guān)系是M=Q(10-1)或M=A(10-2)式中C-被測(cè)流體的密度，kg/m；A-流體的流通截面(一般為管道的流通截面),m 2：L1-流通截面A處的平均流速，m/ s.質(zhì)量流量計(jì)分間接式推導(dǎo)式和直接式兩類。依照式(10 -1)測(cè)量質(zhì)量流量的儀表，必須先測(cè)量積流量再乘被測(cè)流體的密度，通過(guò)密度計(jì)和乘法器實(shí)現(xiàn)，這種儀表稱為間接式質(zhì)量流量計(jì)或推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)。日前 , 密度計(jì)由于結(jié)構(gòu)和元件特性的限 制，在高溫、高壓下尚不能運(yùn)用只能采納固定的密度數(shù)值乘容 積流量

3、。眾所周知，介質(zhì)密度隨著壓力、溫度的變化而異 , 在變 動(dòng)工況下采納固定的密度值將帶來(lái)較大的質(zhì)量流量測(cè)量誤差， 故 必須進(jìn)行參數(shù)補(bǔ)償，據(jù)此進(jìn)展了溫度、壓力補(bǔ)償式流量計(jì)。檢測(cè) 出被測(cè)流體的溫度、 壓力，然后按一定的數(shù)學(xué)模型自動(dòng)換算出相 應(yīng)的密度值 , 得到密度值與容積流量值的乘積便可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流 量測(cè)量，故稱為溫度、壓力補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)。溫度、壓力補(bǔ)償 式質(zhì)量流量計(jì)是當(dāng)前工業(yè)上普遍應(yīng)用的一種推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì) 的專門形式。直接檢測(cè)與質(zhì)量流量有關(guān)的量來(lái)反映質(zhì)量流量大小的流量計(jì) 稱為直接式質(zhì)量流量計(jì)。研制直接式質(zhì)量流量計(jì) , 目的在于使最后代表質(zhì)量流量的輸 出信號(hào)與被測(cè)介質(zhì)的壓力、 溫度等參數(shù)無(wú)關(guān)， 以

4、解決當(dāng)介質(zhì)參數(shù) 變化范圍專門大， 其密度和溫度、 壓力之間的關(guān)系不能看成線性 , 而采納溫度、 壓力自動(dòng)補(bǔ)償方式又專門困難和繁瑣的問(wèn)題。 這也 是在溫度、 壓力自動(dòng)補(bǔ)償式質(zhì)量流星計(jì)已得到廣泛應(yīng)用的同時(shí) , 還要開展直接式質(zhì)量流量計(jì)研究的理由。3 / 16由于對(duì)直接式質(zhì)量流量計(jì)需求的迫切性近幾年才較強(qiáng)烈 , 因 此它正處于迅速開發(fā)時(shí)期，雖已有多種類型，但由于受原理、結(jié) 構(gòu)、維修、壽命及價(jià)格等方面的限制，在以用工業(yè)中尚未廣泛應(yīng) 用。本章重點(diǎn)講述間接式質(zhì)量流量計(jì) , 直接式質(zhì)量流量計(jì)只作一 般介紹。第二節(jié) 直接式質(zhì)量流量計(jì)直接式質(zhì)量流量汁，是由檢測(cè)元件直接反映質(zhì)量流量的儀表， 目前巳利用不同原理開發(fā)

5、出多種類型， 如動(dòng)量及動(dòng)量矩式、 慣性 力式、科里奧利力式、差壓式、振動(dòng)式、熱式等。每一種型式又 有多種結(jié)構(gòu)， 例如差壓式有 : 烏格努斯質(zhì)量流星計(jì)、 振動(dòng)皮托管 質(zhì)量流量計(jì)、 粉體橋式質(zhì)量流星計(jì)， 流體涌出形質(zhì)量流量計(jì)等 振 動(dòng)式有： 懸臂振動(dòng)及旋轉(zhuǎn)振動(dòng)型質(zhì)量流量計(jì)、 表面進(jìn)行波型質(zhì)量 流量計(jì)等 . 型式繁多難以一一敘述。 現(xiàn)僅就常見(jiàn)的應(yīng)用較多的型 式進(jìn)行簡(jiǎn)述，對(duì)有代表性的結(jié)構(gòu)作重點(diǎn)介紹。目前常見(jiàn)的直接式質(zhì)量流量計(jì)有雙渦輪質(zhì)量流量計(jì)、 動(dòng)量矩式質(zhì) 量流量計(jì)、 慣性力式質(zhì)景流量計(jì)、 科里奧利式質(zhì)量流量計(jì)以及熱 式質(zhì)量流量計(jì)等。雙渦輪質(zhì)量流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理是，兩個(gè)由彈簧連接的渦輪，受流體本身的流淌

6、能量沖擊而旋轉(zhuǎn)，因兩渦輪葉后螺旋傾角不同而造 成力矩差，該力矩差由連接彈簧所平衡，并使兩渦輪間形成扭角， 扭角的大小與質(zhì)量流量成比例，測(cè)量因扭角造成的信號(hào)時(shí)刻差， 可得質(zhì)量流量。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)元件利用內(nèi)能源工作，不需外加能量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但對(duì)彈性元件的性能要求較高，且需在設(shè)計(jì)上考慮消除流體受第一個(gè)渦輪擾動(dòng)后對(duì)第二個(gè)渦輪的 阻礙，以及在流體擾動(dòng)阻礙下兩個(gè)渦輪之間可能發(fā)生的扭曲振 動(dòng)。動(dòng)量矩式和慣性力式質(zhì)量流量計(jì)是依照牛頓第二定律的原理 制作的，從力學(xué)角度來(lái)講，質(zhì)量是物體慣性的量度。物體受外力 作用，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，其變化量的大小與質(zhì)量有關(guān).測(cè)量運(yùn) 動(dòng)狀態(tài)對(duì)時(shí)刻的變化率；即可測(cè)得質(zhì)量流量，據(jù)

7、此能夠制造多種結(jié)構(gòu)的質(zhì)設(shè)流量計(jì).動(dòng)量矩式質(zhì)量流量汁是用流體動(dòng)量矩的 變化反映質(zhì)量流量的.其典型結(jié)構(gòu)是在儀表殼內(nèi)存一個(gè)主動(dòng)輪 和一個(gè)從動(dòng)倫，分不裝在短軸上，電動(dòng)機(jī)以恒定角速度三驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪.設(shè)流體的等效旋轉(zhuǎn)半徑為I ，則流體的平均流速 口二履。若流體的質(zhì)量為 m則動(dòng)量矩J = m 二尬血。由于從動(dòng)輪被彈簧限制，不能旋轉(zhuǎn)，因此測(cè)出彈簧的制動(dòng)力短即可反映動(dòng)J Trityl* m 亍.rfSrll量矩。此動(dòng)量矩對(duì)時(shí)刻的變化率.因丑系定Jm值,故測(cè)量-即可反映質(zhì)量流量M=-。而慣性方式質(zhì)量流量 計(jì)一般是利用被則流體流經(jīng)以等速轉(zhuǎn)功的可動(dòng)測(cè)量管件時(shí)，得到一個(gè)附加加速度，從而可動(dòng)管件管壁受到流體給的與加速度反方

8、 向的慣性力，此慣性力與質(zhì)量流量成比例，由測(cè)量慣性力或慣性 力矩可測(cè)得質(zhì)量流量。與雙渦輪質(zhì)量流量計(jì)相比較， 動(dòng)量矩和慣 性力式質(zhì)量流量計(jì)都需要外能源才能工作。達(dá)一類流量計(jì)目前進(jìn)展較快和應(yīng)用較廣的是一種被稱為科里奧利式質(zhì)量流量計(jì)，它是通過(guò)測(cè)量科里奧利力的變化來(lái)反映質(zhì)量流量大小的。所謂科里奧利力是指，處于勻角速度轉(zhuǎn)動(dòng)參照系中的運(yùn)動(dòng)物體，對(duì)在轉(zhuǎn)動(dòng)參照系中的觀看者看來(lái)，該物體除了要附加慣性離心力的作用外， 還耍附加另外一種慣性力的作用才能利用牛頓第二定律來(lái)描述 物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這種力確實(shí)是科里奧利力，簡(jiǎn)稱科氏力。例如 以一個(gè)圓盤為轉(zhuǎn)功參照系，若圓盤繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng),其角速度為污,設(shè)一物體由旋轉(zhuǎn)中心沿圓盤半徑以速度=相關(guān)于圓盤作勻速直線運(yùn)動(dòng)，則該物體除了受慣性離心力外， 還受到科里奧利力的作用，科氏力的大小決定于圓盤的角速度b和物體的徑向速度二.設(shè)科氏力以f C表承，則其表達(dá)式為(10 3)式中 m 運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量；二 物體在轉(zhuǎn)動(dòng)參照系中的運(yùn)動(dòng)速度；-轉(zhuǎn)動(dòng)參照系的角速度。如上所述，科里奧利力的存在是以徑向速度匸和轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 -同時(shí)存在為先決條件的，任一速度為零，都可不能產(chǎn)生科里奧利 力。由式(10 3)能夠看出，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 刁一定時(shí)，科氏力f c正 比于物體的質(zhì)