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質量流量計是基于什么原理

點擊次數:369 發布時間:2024-01-09 08:53:19

質量流量計應用的范圍十分的廣泛,越來越多的人去了解質量流量計。學習使用它,了解質量流量計的性能。很多人想了解質量流量計的工作原理,下面就簡單介紹一下質量流量計的工作原理。

質量流量計泛指可以直接測出質量流量讀數的流量計。專指利用科里奧利原理的流量計。質量流量=密度×流速×流通面積 (M=ρνA ),當式中的密度ρ由流量計自行檢測獲得時,這種流量計就可以稱為質量流量計。

質量流量計可分為直接式和間接式兩種:直接式的工作原理往往和介質的質量(密度)相關,即直接測出與ρν成比例的信號。目前運用較多的直接式質量流量計有:利用科里奧利原理的質量流量計和利用流體與固體的熱能交換原理的熱式流量計。前者只能用于液體介質測量,后者多用于氣體介質測量。

間接式則是在測流速的同時測量介質密度,或者測量介質的溫度、壓力并通過計算獲得介質密度,并由密度、流速和流通面積推導出質量流量。

需要特別指出的是:由于測量過程中,介質密度值獲得和計算時,會存在時間不同步,或者運算的非連續性,得到的質量流量只是一段時間的平均值,往往不適用于瞬時流量。所以不是所有以此原理工作的流量計或流量測量系統都可以稱質量流量計。

在一個轉動中的輪盤中,當一個質點從圓心沿著半徑向邊沿運動時,會產生一個導致圓盤轉速下降的力。反之則會產生一個導致圓盤轉速上升降的力。這個力的大小和質點的質量以及運動速度有直接關系。最早系統研究這類現象的人叫科里奧利,這個力也被稱為科氏力。

將上述現象中的質點運動及軌跡換成管道及其中流動的介質,將將上述現象中的轉動限制在很小范圍內的來回轉動。則根據科里奧利原理可知,當沿管道由圓心向外流動時,會產生一個使來回轉動頻率下降的力。當沿管道向圓心流動時,會產生一個使來回轉動頻率上升的力。這個力的大小和介質的密度以及流速大小有直接關系。

制作一個使介質向先下流動,然后再向上使流動的管道,施加一個使管道下方來回震動的,具有固定頻率的力,使管道下降段和上升段做來回圓周運動。當管道中介質流動時,由于科氏力的作用,管道下降段和上升段的震動頻率與推動管道震動的頻率會產生一個相位差。

這個相位差與介質的密度、流速、以及管道形狀(流通面積)成一定的比例關系,檢出這個相位差,可以直接得到質量流量。根據這個原理工作的流量計,目前都稱為質量流量計。


質量流量計原理

質量流量計按原理可分為:熱式、差壓式、科里奧利式質量流量計,下面分別介紹原理。


熱式

熱式質量流量計的基本原理是利用外部熱源對管道內的被測流體加熱,熱能隨流體一起流動,通過測量因流體流動而造成的熱量(溫度)變化來反映出流體的質量流量。

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差壓式

差壓式質量流量計是以馬格努斯效應為基礎的流量計,實際應用中利用孔板和定量泵組合實現質量流量測量。常見的有雙孔板和四孔板與定量泵組合兩種結構。

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科里奧利

科里奧利質量流量計(簡稱科氏力流量計)是一種利用流體在振動管中流動而產生與質量流量成正比的科里奧利力的原理來直接測量質量流量的儀表。

科氏力流量計結構有多種形式,一般由振動管與轉換器組成。振動管(測量管道)是敏感器件,有U形、Ω形、環形、直管形及螺旋形等幾種形狀,也有用雙管等方式,但基本原理相同。下面以U形管式的質量流量計為例介紹。

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科式流量計原理圖

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科式流量計結構圖

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