罗斯蒙特质量流量计测量原理及应用

　　一、 前言

　　罗斯蒙特质量流量计广泛应用于石化等领域，是当今世界上最先进的流量测量仪表之一，在我厂主要产品如乙烯、丙烯和主要原料轻烃等的测量中使用可靠，精度高达 1.7‰，为我厂的能源、物料的流量测量提高了准确度，避免了不必要的损失，创了可观的经济效益。

　　二、 质量流量测量原理

　　一台质量流量计的计量系统包括一台传感器和一台用于信号处理的变送器。Rosemount质量流量计依据牛顿第二定律：力=质量×加速度(F=ma)如图 1 所示，当质量为 m 的质点以速度 V 在对 P 轴作角速度 ù 旋转的管道内移动时，质点受两个分量的加速度及其力：

　　(1)法向加速度，即向心加速度 ár，其量值等于 2ùr，朝向 P 轴;

　　(2)切向角速度át，即科里奥利加速度，其值等于 2ùV，方向与ár垂直。由于复合运动，在质点的 át方向上作用着科里奥利力 Fc=2ùVm ，管道对质点作用着一个反向力-Fc=-2ùVm。

　　当密度为 的流体在旋转管道中以恒定速度 V 流动时，任何一段长度 的管道将受到一个切向科里奥利力

　　式中，A—管道的流通截面积。

　　由于存在关系式：

　　所以：

　　因此，直接或间接测量在旋转管中流动流体的科里奥利力就可以测得质量流量。

　　传感器内是 U 型流量管(图 2)，在没有流体流经流量管时，流量管由安装在流量管端部的电磁驱动线圈驱动，其振幅小于1mm，频率约为80Hz，流体流入流量管时被强制接受流量管的上下垂直运动。在流量管向上振动的半个周期内，流体反抗管子向上运动而对流量管施加一个向下的力;反之，流出流量管的流体对流量管施加一个向上的力以反抗管子向下运动而使其垂直动量减少。这便导致流量管产生扭曲，在振动的另外半个周期，流量管向下振动，扭曲方向则相反，这一扭曲现象被称之为科里奥利(Coriolis)现象，即科氏力。

　　根据牛顿第二定律，流量管扭曲量的大小完全与流经流量管的质量流量大小成正比，安装于流量管两侧的电磁信号检测器用于检测流量管的振动。当没有流体流过流量管时，流量管不产生扭曲，两侧电磁信号检测器的检测信号是同相位的(图 3);当有流体流经流量管时，流量管产生扭曲，从而导致两个检测信号产生相位差(图 4)，这一相位差的大小直接正比于流经流量管的质量流量。

　　由于这种质量流量计主要依靠流量管的振动来进行流量测量，流量管的振动，以及流过管道的流体的冲力产生了科氏力，致使每个流管产生扭转，扭转量与振动周期内流过流管的质量流速成正比。由于一个流管的扭曲滞后于另一流管的扭曲，质量管上的传感器输出信号可通过电路比较，来确定扭曲量，见图 5。