质量流量计动态特性的分析

　　质量流量计由于它能直接测量管道内流体的质量流量，而不必像过去那样，分别测量被测流体的体积流量和密度，然后计算求得。质量流量计的精度和稳定度较高，量程比也比较大，因此日益受到用户的青睐。

　　1、原理概述

　　流体流动的金属管元件谐振的动态响应特性，与无流体流动的金属管的动态响应特性之间的差别，是由Coriolis(科里奥利)效应引起的。所谓科里奥利效应，是指当质点在一个转动参考系内作相对运动时，会产生一种不同于通常离心力的惯性力作用在此质点上。科里奥利流量计有多种形式，下面以单直管科里奥利流量计为例来讨论。

　　2、测量管的振动分析

　　测量管两端和套管的联结一般采用焊接或者胶接，中部受激振力，细长结构，所以可以简化为梁模型。两端近似刚性支承，可以简化为固支梁。

　　梁段的弯曲转动效应与剪切变形略去不计，若引用牛顿力学来建立梁弯曲振动时的运动方程，可由梁中截取一微元段，梁在对称平面内作铅垂方向振动时，微元主要做上下运动。图 1a 表示梁在 x- y 平面内振动。静止时 y(x，0)=0。在某种激励下梁离开了平衡位置。从梁的任意截面 x 取出一小段 dx，它的受力见图 1b。这一小段的质量为 m，上下振动的加速度为。由微元段的平衡条件得到：

　　3、有限元模态分析

　　科里奥利质量流量计 CMF 工作中，主要是通过测量管振动来实现对流量的测量，简单的方法是只考虑测量管的振动，认为它是固定在 CMF 中的;要全面考虑，应对 CMF 整体建模，主要部件都应该加入模型。

　　实际中，测量管两端并非刚性支承，如果要考虑套管等各个部件的振动，精确的理论模型会很复杂，一般只能采用有限元等数值计算方法来分析。本文中将对CMF 做些简化，暂不考虑激振器和拾振器的附加质量的影响，也不考虑流固耦合的影响。采用 MSC·Marc 建立 CMF 的有限元模型。

　　(1)绘图：在 AutoCAD 中以 1：1 的尺寸比例，绘制二维装配图(平面视图)。省略或删除一些对模态分析影响不大的细节结构。按各零件的材料属性和联接关系，进行适当合并简化。

　　(2) 导入几何模型：Marc 的前后处理用户界面Mentat 具有多种 CAD 格式数据文件接口，故由此可读入 AutoCAD 的 DWG 格式的二维模型，这样既节省建模时间，又避免了重复建模可能引起的差错。

　　(3)几何检查：检查每个区域是否由封闭曲线包围，消除曲线间的小间隙，合并删除过短曲线。焊接部位按照固联处理，法兰联接简化为固支。