弯管式CMF和直管式CMF的特点比较

　　0　引　言

　　在商贸结算中,质量流量计是各国长期研究的课题,准确的流体质量计量是人们期望的最终目的。质量流量计被采用之前,容积流量法是通用的方法。当使用者需要知道质量流量时,需作繁琐换算的整批称重法,且由于流体参数的变动会产生显著的误差。从50年代开始,人们花费了许多年试图开发质量流量计。科里奥利质量流量计(以下简称CMF)的试验成功,是这个领域的突破。70年代末,美国MICROMotion公司推出振动管式CMF,这种流量计迅速发展,在国内也颇引人注目地开始使用。近年来已有制造厂和研究所自行开发CMF,还有几家制造厂引进技术或组建合资企业生产。但在使用CMF中也曾发现有的单位使用得很好,有的用得并不理想。CMF价格较贵,如选用不当将造成很大损失。本文仅对弯管式CMF和直管式CMF各自的特点进行分析,以便在应用中有所帮助。

　　1　弯管式CMF和直管式CMF原理

　　1.1　弯管式CMF

　　(1)　基本原理

　　目前,根据检测管的形状来分,CMF已有30多种,但大体上可分为两大类,即弯管式和直管式。其中又有单管、双管或多管之分。图1列举了6种有代表性的CMF产品传感器测量管的结构。图1中D系列U型双管式是美国MICRO Motion公司开发的,是用于工业测量的弯管式CMF。为简便起见,本文以U型双管式为代表来描述弯管式CMF的原理。

　　CMF,是基于流体质点在线运动的同时,处于一种旋转系中,巧妙地把这两种运动结合起来,设计出振动管式质量流量计。其U型管传感器结构如图2所示。U型管(流量传感管)固定在仪表壳内部,用电磁驱动系统使其振动,如图3所示。

　　当流体流经具有固定频率的振动管时,流体被强制接受管子的垂直动量。在管子向上运动的振动半周期时,流入仪表的流体向下压,抵抗管子向上的力,反之流出流体产生向上的力,抗拒管子对其垂直动量的减少,而把管子向上推,如图4所示。

　　两个作用力的合成引起流量传感管扭曲,如图5所示,这就是“科里奥利效应”。

　　在振动的另外半周期,管子向下运动,而扭曲方向就相反。传感管扭曲多少与流体的质量流量直接成正比。

　　在双U型管的仪表中,两根管子的振动及扭曲相位差180度,它们合成的扭曲度确定了质量流量。

　　从图6中可看出U形管是绕X-X轴振动,科里奥利力仍将存在,只不过是一个周期变化的力。扭矩M的大小就是科里奥利力的大小,是直接正比于mV,要想知道质量流量,只要测出U型管的扭变量,推算出扭矩M即可。因此,直接或间接地测量在旋转管道中流动的流体所施加的科里奥利力,就可以测得质量流量。