科里奥利固体散料质量流量测量原理分析

　　科里奥利质量流量测量原理,是一种比较先进的测量原理,它利用了理论力学中的科里奥利(CORIOLIS)定理及相应的科里奥利力(简称科氏力)。固体(散料)科氏质量流量测量均采用恒转速测量轮式原理结构,与液体谐振管式科氏流量测量相比,技术难度更大,成本也较高[1-3]。目前应用较多的是德国申克(SCHENCK)公司的产品[1-6]。

　　本文重点对固体科氏质量流量测量原理进行较详细的分析及公式推导。

　　1　科里奥利定理及科氏力概念

　　按照点的合成运动理论[7],动点的绝对运动可看作由牵连运动和相对运动而合成。当牵连运动为转动时,点的加速度合成定理发生了“意外”,多出了一个附加项———科氏加速度。该定理亦称科里奥利定理,即:动点的绝对加速度a等于牵连加速度ae、相对加速度ar和科氏加速度ak的矢量和:其中科氏加速度ak等于动系角速度ω与动点相对速度vr矢量积的2倍。公式表达如下

　　a=ae+ar+ak　ak=2ω×vr

　　科氏力概念可分以下两种情况:

　　1)“科氏力”在牛顿第二定律适用的惯性参照系中,质量为m的质点在合力∑Fi的作用下产生加速度a,有∑Fi=ma;当进行运动合成分析时,又有∑Fi=m(ae+ar+ak)。由于其中含有科氏加速度,人们就很习惯地想到“使之产生的作用力”,故称此“力”为“科氏力”Fk,且有

　　Fk=mak=2mω×vr

　　若质点在科氏加速度方向上确实存在力的作用,则科氏力为一个实在的力,存在施力物体:否则,科氏力为一个虚构的力,也就不存在施力物体。

　　2)“科氏惯性力”[7]在非惯性参照系中,为了使质点所受的“合力”、质量m、加速度ar之间满足牛顿第二定律关系,必须做一些变通:

　　式中

　　此时的“合力”由三项组成:∑Fi是真正的合力称为质点的牵连惯性力称为质点的科氏惯性力。由于和完全是假想的力,故一般找不到施力物体。

　　2　科氏固体质量流量测量原理分析

　　测量轮是科氏固体质量流量测量装置中的核心部件,主要由四部分组成:圆形底盘、环形顶盖、在底盘和顶盖之间径向分布的竖直叶片、固连于底盘中心的铅垂主轴。电机驱动主轴,带动测量轮匀速转动:物料由上方经顶盖中心圆孔落入底盘中部,在底盘的作用下进入叶片之间的径向测量通道,继而在底盘和叶片的共同作用下从径向通道中甩出。

　　科氏固体质量流量测量原理如图1所示。

　　颗粒m的绝对加速度组成如下