质量流量计测量原理与应用.pptx

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1、质量流量计测量原理与应用质量流量计测量原理与应用质量流量计测量原理与应用质量流量计测量原理与应用 一、质量流量计基本概念一、质量流量计基本概念 二、质量流量测量技术的发展二、质量流量测量技术的发展 三、科里奥利质量流量计典型结构和工作原理三、科里奥利质量流量计典型结构和工作原理 四、科里奥利质量流量计的应用四、科里奥利质量流量计的应用 质量流量计测量原理与应用质量流量计测量原理与应用 质量流量计基本概念质量流量计基本概念 (一一) 仪表定义仪表定义 (二二) 仪表分类仪表分类 (三三) 仪表的测量特性仪表的测量特性 (四四) 仪表测量的不确定度仪表测量的不确定度 质量流量计基本概念质量流量计基

2、本概念仪表定义仪表定义 质量流量计是对被测介质的流量进行连续质量流量计是对被测介质的流量进行连续测量，测量结果是以公斤或吨等工程单位显示测量，测量结果是以公斤或吨等工程单位显示出来的流量仪表。出来的流量仪表。 质量流量计基本概念质量流量计基本概念仪表分类仪表分类 质量流量计是一种推理式流量计，按测量方法可以质量流量计是一种推理式流量计，按测量方法可以分为二大类：一是质量流量间接式测量，即同时测量流分为二大类：一是质量流量间接式测量，即同时测量流体的体积流量和密度值，由运算放大器计算得到流体质体的体积流量和密度值，由运算放大器计算得到流体质量，或是同时测量流体的体积流量和温度、压力值，利量，或是

3、同时测量流体的体积流量和温度、压力值，利用流体密度与温度、压力之间的关系，计算出流体质量；用流体密度与温度、压力之间的关系，计算出流体质量；二是质量流量直接式测量方法，流体测量直接反映质量二是质量流量直接式测量方法，流体测量直接反映质量流量值，与流体的温度、压力和密度等参数的变化无关。流量值，与流体的温度、压力和密度等参数的变化无关。 质量流量计基本概念质量流量计基本概念仪表分类仪表分类 1、间接式质量流量计间接式质量流量计 （1） 压力温度补偿式差压流量计压力温度补偿式差压流量计 （2） 压力温度补偿式体积流量计压力温度补偿式体积流量计 2、直接式质量流量计直接式质量流量计 （1） 热式质量

4、流量计（热式质量流量计（TMF） a、 托马斯流量计托马斯流量计 b、 边界层流量计边界层流量计 c、 旁路管流量计旁路管流量计 （2） 冲量式质量流量计（冲板）冲量式质量流量计（冲板） （3） 差压式质量流量计（孔板差压式质量流量计（孔板+定流量泵）定流量泵） （4） 双涡轮式质量流量计双涡轮式质量流量计 （5） 科里奥利式科里奥利式 质量流量计基本概念质量流量计基本概念仪表的测量特性仪表的测量特性 仪表的测量特性仪表的测量特性(静态特性和动态特性静态特性和动态特性) 静态特性静态特性 ： 是指被测量的值处于稳定状态时的输入与输出的关是指被测量的值处于稳定状态时的输入与输出的关系。对静态特性

5、的基本要求是：输入为零输出亦为零，系。对静态特性的基本要求是：输入为零输出亦为零，输出与输入成惟一的对应关系。输出与输入成惟一的对应关系。 表征静态特性的参数有：静态变换函数、静态特性曲线、表征静态特性的参数有：静态变换函数、静态特性曲线、仪表系数、流出系数、流量范围（量程）、线性度、灵仪表系数、流出系数、流量范围（量程）、线性度、灵敏度、迟滞、稳定性、零漂、重复性、精确度和压力损敏度、迟滞、稳定性、零漂、重复性、精确度和压力损失等。失等。 质量流量计基本概念质量流量计基本概念仪表的测量特性仪表的测量特性动态特性动态特性 是指被测量对象的输入值瞬态快速变化时，输出值是指被测量对象的输入值瞬态快

6、速变化时，输出值的时间响应或频率响应特性。的时间响应或频率响应特性。 （1） 时间域时间域 被测对象输入值为阶跃信号时，输出值的时间响被测对象输入值为阶跃信号时，输出值的时间响应特性。其品质指标可用时间常数表示。时间常数是指应特性。其品质指标可用时间常数表示。时间常数是指输出值达到输出值达到63%稳态值时的时间，用稳态值时的时间，用S表示。表示。 （2） 频率域频率域 被测对象输入值按正弦波频率变化时，输出值的频被测对象输入值按正弦波频率变化时，输出值的频率响应特性。流量计的输出值与输入值的比值随频率而率响应特性。流量计的输出值与输入值的比值随频率而变化的特性称为频率响应特性。变化的特性称为频

7、率响应特性。 质量流量计基本概念质量流量计基本概念仪表测量的不确定度仪表测量的不确定度 1、测量误差组成测量误差组成流量测量误差出现的特点可分为系统误差、随机误差和疏忽误差。流量测量误差出现的特点可分为系统误差、随机误差和疏忽误差。 2、测量的不确定度测量的不确定度 （1） 标准不确定度的标准不确定度的A类评定类评定（2） 标准不确定度的标准不确定度的B类评定类评定（3） 合成标准不确定度合成标准不确定度（4） 扩展不确定度扩展不确定度（5） 测量不确定度计算与表示测量不确定度计算与表示 3、流量测量的不确定度流量测量的不确定度 首先求的各参数首先求的各参数A类和类和B类不确定度，然后进行合成

8、标准不确定度和扩类不确定度，然后进行合成标准不确定度和扩展不确定度的计算。展不确定度的计算。 质量流量测量技术的发展质量流量测量技术的发展 流量测量技术的发展与应用和需求是相互依存的，应用和需求流量测量技术的发展与应用和需求是相互依存的，应用和需求是推动流量测量技术发展的动力。是推动流量测量技术发展的动力。 目前，质量流量的各种测量方法，包括间接式和直接式测量方目前，质量流量的各种测量方法，包括间接式和直接式测量方法，都有一定的应用。质量流量间接测量方法，因为引入了多个中法，都有一定的应用。质量流量间接测量方法，因为引入了多个中间参数的测量，然后进行运算和修正，因而积累误差较大，但因其间参数的

9、测量，然后进行运算和修正，因而积累误差较大，但因其具有传统方式的继承性，用户又比较熟悉，在一些测量准确度要求具有传统方式的继承性，用户又比较熟悉，在一些测量准确度要求不高的场合，应用仍比较多。尤其是采用补偿式方式测量气体的质不高的场合，应用仍比较多。尤其是采用补偿式方式测量气体的质量流量或气体标况体积方面的应用十分广泛。量流量或气体标况体积方面的应用十分广泛。 质量流量测量技术发展的重点是质量流量直接式测量方法，以质量流量测量技术发展的重点是质量流量直接式测量方法，以提高测量准确度，实现对各种介质在复杂环境条件下的高准确度、提高测量准确度，实现对各种介质在复杂环境条件下的高准确度、高可靠的测量

10、。在质量流量直接式测量方法中，科里奥利质量流量高可靠的测量。在质量流量直接式测量方法中，科里奥利质量流量计已经受到各方面用户的青睐。这是因为它能够高准确度的直接测计已经受到各方面用户的青睐。这是因为它能够高准确度的直接测量管道内流体的质量流量，而且稳定度高，可靠性好，量程比大，量管道内流体的质量流量，而且稳定度高，可靠性好，量程比大，又适合应用于高粘度流体。又适合应用于高粘度流体。科里奥利质量流量计典型结构和工作原理科里奥利质量流量计典型结构和工作原理 （一）概述（一）概述 （二）（二） CMF基本结构基本结构 （三）（三） CMF测量原理测量原理 科里奥利质量流量计是利用流体在直线运动的同时

11、处于一旋转科里奥利质量流量计是利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式系中，产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。质量流量仪表。 从从1950年开始，科学家和工程师们花费了许多年试验、开发年开始，科学家和工程师们花费了许多年试验、开发质量流量仪表，借此消除容积测量的误差及昂贵不便的称重法。在质量流量仪表，借此消除容积测量的误差及昂贵不便的称重法。在1970年后年后James.E.Smith美国高准（美国高准（Micro Motion）公司的创公司的创始人成功地开发了第一个可应用于工业的质量流量计，科里奥利质始人成功

12、地开发了第一个可应用于工业的质量流量计，科里奥利质量流量计，它是根据科里奥利量流量计，它是根据科里奥利Coriolis效应原理研制而成的。效应原理研制而成的。1984年年James.E.Smith将所发明的将所发明的“U”型振动管式的科里奥利质型振动管式的科里奥利质量流量计量流量计(Coriolis Mass FlowCMF)投入市场。投入市场。 之后各国仪表厂相继开发生产。我国之后各国仪表厂相继开发生产。我国CMF的应用起步较晚，的应用起步较晚，设计生产设计生产CMF的厂家仅有太行仪表厂等，还有几家制造厂组建合资的厂家仅有太行仪表厂等，还有几家制造厂组建合资企业采用国外技术组装生产销售质量流

13、量仪表。企业采用国外技术组装生产销售质量流量仪表。 科里奥利质量流量计典型结构和工作原理科里奥利质量流量计典型结构和工作原理-概述概述 科里奥利质量流量计一般由流量传感器和流量变送器组成。科里奥利质量流量计一般由流量传感器和流量变送器组成。 1、流量传感器、流量传感器 流量传感器是一种基于科里奥利力效应的相位敏感流量传感器是一种基于科里奥利力效应的相位敏感型谐振式传感器。该传感型谐振式传感器。该传感器由振动管、信号检测器、震器由振动管、信号检测器、震荡驱动器、支撑结构和壳体所组成。荡驱动器、支撑结构和壳体所组成。 科里奥利质量流量计典型结构和工作原理科里奥利质量流量计典型结构和工作原理- -C

14、MFCMF基本结构基本结构 图图3.2.1 双双U型管质量流量传感器结构示意图型管质量流量传感器结构示意图 图图3.2.2 双直型管质量流量传感器剖面图双直型管质量流量传感器剖面图 科里奥利质量流量计典型结构和工作原理科里奥利质量流量计典型结构和工作原理- -CMFCMF基本结构基本结构 科里奥利质量流量计典型结构和工作原理科里奥利质量流量计典型结构和工作原理- -CMFCMF基本结构基本结构 2、流量变送器流量变送器 是以微处理为核心的电子系统。它用来向传感器提是以微处理为核心的电子系统。它用来向传感器提供驱动力，并将传感器的信号转化为质量流量信号及其供驱动力，并将传感器的信号转化为质量流量

15、信号及其他一些有意义的参数信号，同时具有根据温度参数对质他一些有意义的参数信号，同时具有根据温度参数对质量流量和密度测量进行补偿、修正的功能。流量变送器量流量和密度测量进行补偿、修正的功能。流量变送器一般输出标准电流信号或频率信号，并可按一定的通讯一般输出标准电流信号或频率信号，并可按一定的通讯协议，实现与上位机和协议，实现与上位机和DCS系统的交联与远传通讯。变系统的交联与远传通讯。变送器上的显示面板可以组态显示所要求的各种参数。送器上的显示面板可以组态显示所要求的各种参数。 有的流量变送器，没有显示面板和操作键盘，只有有的流量变送器，没有显示面板和操作键盘，只有模拟量或频率量输出。在实际应

16、用中需要另外配备二次模拟量或频率量输出。在实际应用中需要另外配备二次仪表和手操器实现参数显示、流量累积和操作组态。仪表和手操器实现参数显示、流量累积和操作组态。 3、流量传感器的测量管结构形式流量传感器的测量管结构形式 科里奥利质量流量传感器的测量管有各种不同的结构科里奥利质量流量传感器的测量管有各种不同的结构形式：形式： （1）按照测量管的数量可将其分为单管型、双管型和连）按照测量管的数量可将其分为单管型、双管型和连续管型三种结构。续管型三种结构。 （2）按照测量管的形状可分为直管型和弯管型两大类。）按照测量管的形状可分为直管型和弯管型两大类。 目前，目前，科里奥利质量流量传感器的检测振动管

17、管形已科里奥利质量流量传感器的检测振动管管形已发展到二十多种。发展到二十多种。无论振动管形状如何，基本原理是一致无论振动管形状如何，基本原理是一致的，都是根据的，都是根据Coriolis效应原理测量流量质量的。效应原理测量流量质量的。科里奥利质量流量计典型结构和工作原理科里奥利质量流量计典型结构和工作原理- -CMFCMF基本结构基本结构 图图3.2.3 典型的测量管管型图典型的测量管管型图 科里奥利质量流量计典型结构和工作原理科里奥利质量流量计典型结构和工作原理- -CMFCMF基本结构基本结构 CMF测量原理测量原理 1 1 、基本理论基本理论 2 2、 CMF CMF测量原理测量原理 3

18、 3、信号处理系统、信号处理系统 科里奥利质量流量计典型结构和工作原理科里奥利质量流量计典型结构和工作原理- -CMFCMF测量原理测量原理CMFCMF测量原理测量原理基本理论基本理论 1、基本理论基本理论 Coriolis效应是一种自然现象，于效应是一种自然现象，于1835年在巴黎可尔年在巴黎可尔Ecole工业工业大学的数学教授大学的数学教授Gaspard.Gustave de Coriolis定量的。定量的。Coriolis效效应可解释在地球表面上自由运动的物质为什么会看似弯曲运行在一应可解释在地球表面上自由运动的物质为什么会看似弯曲运行在一个转动参照系中当一个物体相对于该系而平移时，除了

19、向心力外还个转动参照系中当一个物体相对于该系而平移时，除了向心力外还有另一个附加力作用在该物体上，这个力称为有另一个附加力作用在该物体上，这个力称为Coriolis力。例如设力。例如设参照系是一个以恒定角速度绕轴参照系是一个以恒定角速度绕轴O而转动的圆盘（图而转动的圆盘（图3.3.13.3.1），其转），其转动方向图中矢量所示，当一个物体以速度动方向图中矢量所示，当一个物体以速度V沿半径运动时，就有一沿半径运动时，就有一个个“惯性力惯性力”FK=2 V m m作用于该物体上，作用于该物体上， 此力的方向垂直于此力的方向垂直于V，力力FK就是就是 Coriolis力，此力即依赖于物体相对于力，此

20、力即依赖于物体相对于 转动参照系的速度转动参照系的速度V，也依赖于参照也依赖于参照 系转动的角速度系转动的角速度。 图图3.3.13.3.1 传动系传动系 Coriolis质量流量计就是将质量流量计就是将 永恒的旋转运动变成了振动在永恒的旋转运动变成了振动在 检测器有一个电磁驱动系统，检测器有一个电磁驱动系统， 它驱动测量管以它固有的频率它驱动测量管以它固有的频率 振动，这就形成了一个转动参振动，这就形成了一个转动参 照系，它的振动与调谐振音叉照系，它的振动与调谐振音叉 相类似。相类似。 当一个位于旋转体内的质当一个位于旋转体内的质 点作朝向或远离旋转中心的运点作朝向或远离旋转中心的运 动时，

21、将产生一惯性力，动时，将产生一惯性力， 图图3.2.2表示这一原理。表示这一原理。 图图3.3.2 旋转管道中的科氏旋转管道中的科氏力力 CMFCMF测量原理测量原理基本理论基本理论 当质量为当质量为m的质点以匀速的质点以匀速V在一个围绕固定点在一个围绕固定点O并以角速度并以角速度旋旋转的管道移动时，将沿着旋转的法线方向存在一个向心力转的管道移动时，将沿着旋转的法线方向存在一个向心力Fr=2rm；沿着切线方向质点对管壁也产生一个反作用力，沿着切线方向质点对管壁也产生一个反作用力，Fc=2Vm，这个力就是这个力就是Coriolis力力 Fc=2Vm Fc=Coriolis力力 =旋转体的角速度旋

22、转体的角速度 V=质点在旋转体中的经向速度质点在旋转体中的经向速度 m=质点的质量质点的质量 上式表明上式表明, ,在旋转角速度一定的条件下在旋转角速度一定的条件下, ,一个质点的一个质点的Coriolis力力的大小与该质量的流速成正比。因此直接或间接测量在旋转管道中的大小与该质量的流速成正比。因此直接或间接测量在旋转管道中的流体所施加的科里奥利力就可以测得质量流量。这就是的流体所施加的科里奥利力就可以测得质量流量。这就是CMF的基的基本原理。本原理。 CMFCMF测量原理测量原理基本理论基本理论 2、 CMFCMF测量原理测量原理 以以Micromotion的的U型振动管为例，对型振动管为例

23、，对Coriolis质量流量计的质量流量计的测量做定量分析：测量做定量分析： Micromotion的的U型振动管，通常振幅小于型振动管，通常振幅小于1mm， 频率大约为频率大约为80Hz.图图3.3.3为振动中的测量管为振动中的测量管,流体流体 被强制接受管子的垂直动量被强制接受管子的垂直动量,在管子向上运动的在管子向上运动的 振动半周期时振动半周期时,流入仪表的流体向下压流入仪表的流体向下压,抵抗管子抵抗管子 向上的力向上的力.反之反之,流出仪表流体存在向上的力流出仪表流体存在向上的力,抗抗 图图3.3.3振动中的测量管振动中的测量管 拒管子对其垂直量的减少而把管子向上推。两个反作用力合成

24、引起拒管子对其垂直量的减少而把管子向上推。两个反作用力合成引起流量测量管扭曲；这就是流量测量管扭曲；这就是Coriolis效应。在振动的另外半周期，管效应。在振动的另外半周期，管子向下运动而扭曲方向就相反。图子向下运动而扭曲方向就相反。图3.3.4显示一个流体，经过一个测显示一个流体，经过一个测量管，有一个质量量管，有一个质量m和速度和速度V，它以相对它以相对OO轴线的角速度轴线的角速度旋转。旋转。因而产生因而产生Coriolis：CMFCMF测量原理测量原理CMFCMF测量原理测量原理 F=2m V （1） 式中式中F和和是矢量是矢量, ,m m包含在长度包含在长度L L测量管中的质量测量管

25、中的质量( (即半管中的流体质量即半管中的流体质量) )。 图图3.3.43.3.4测量管转动示意图测量管转动示意图 流体的入口和出口的速度矢量在方向上是相反的，如果从尾端观看这流体的入口和出口的速度矢量在方向上是相反的，如果从尾端观看这个测量管是两个引线（在图个测量管是两个引线（在图3.3.43.3.4中从中从RRRR轴线看进去），由在入口与出口轴线看进去），由在入口与出口管线上的流体产生的力管线上的流体产生的力F1F1和和F2F2在方向上是相反的，而大小相等。在方向上是相反的，而大小相等。 由于管子相对由于管子相对OOOO轴振动，这个力产生一个相对于轴振动，这个力产生一个相对于RRRR轴的

26、振动力矩轴的振动力矩M M（半径是半径是r r）。）。CMFCMF测量原理测量原理CMFCMF测量原理测量原理 M=F M=F1 1rr1 1+F+F2 2rr2 2 （2 2）由于由于F1=F2 rF1=F2 r1 1=r=r2 2由式子（由式子（1 1）和（）和（2 2）得出：）得出： M=2Fr=4Vmr (3) M=2Fr=4Vmr (3) 质量质量m m是由密度是由密度、管截面积管截面积A A和长度和长度L L定义的，速度定义的，速度V V是由单位时间的单位是由单位时间的单位L L定义的。质量流量定义的。质量流量q qm m是由每单位时间内通过的一个给出点质量决定的，那是由每单位时间

27、内通过的一个给出点质量决定的，那就是就是m=ALm=AL及及V=L/t V=L/t 、q qm m =m/t =m/t这样通过取代这样通过取代q qm m = =mvmv/L/L式中式中L L是管长是管长, , 式式(3)(3)变成变成: :M=4r M=4r q qm m L (4) L (4) 力矩力矩M产生一个角度偏转即产生一个角度偏转即 扭转角扭转角,相对于相对于RR轴线。轴线。 这扭转角在振动管移动的中这扭转角在振动管移动的中 点最大点最大(图图3.3.5所示所示) 图图3.3.5 由测量管尾端所显示泊流体力由测量管尾端所显示泊流体力 CMFCMF测量原理测量原理CMFCMF测量原理

28、测量原理 然而，由然而，由M产生的偏转被测量管的伸展弹力产生的偏转被测量管的伸展弹力K所抵制，总之，所抵制，总之，对于任何的扭转弹力，扭矩对于任何的扭转弹力，扭矩T定义为定义为T=K（5）由于由于T=M，现在通现在通过组合（过组合（4）与（）与（5）式，质量流量）式，质量流量q qm m能与偏转角度能与偏转角度联系成相关式联系成相关式子。子。 K q qm m = = （6 6） 4rL 4rL 在管子轴线中心的移动速度在管子轴线中心的移动速度V Vt t（线速度）乘以时间间隔线速度）乘以时间间隔t t ，就与用几何图形就与用几何图形3.3.53.3.5表示的表示的有关系。有关系。 V Vt

29、t t t Sin= Sin= （7 7） 2r 2rCMFCMF测量原理测量原理CMFCMF测量原理测量原理 由于由于很小，它几乎等于很小，它几乎等于Sin,Sin,对于小的旋转角对于小的旋转角V Vt t是是和管长和管长L L的的乘积，那就是乘积，那就是=SinSin、V Vt t=L=L，这样式（这样式（7 7）变成：）变成： LLt t= = （8 8） 2r 2r综合式（综合式（6 6）和（）和（8 8）得出：）得出： KLKLt Kt K q qm m = = = = t t （9 9） 8r 8r2 2L 8rL 8r2 2CMFCMF测量原理测量原理CMFCMF测量原理测量原理

30、 这样质量流量计这样质量流量计q qm m只与时间差只与时间差t和几何常数成比例，和几何常数成比例， q qm m与与无关，所以说与测量管的振动频率无关。无关，所以说与测量管的振动频率无关。 质量流量通过用电磁感应器测量偏转角质量流量通过用电磁感应器测量偏转角获得，如获得，如图图3.3.3.3.6所示，在横穿于测量管的中心轴线上的感应器，所示，在横穿于测量管的中心轴线上的感应器，按一个时间函数测量按一个时间函数测量，当没有流量时，在测量和轴线当没有流量时，在测量和轴线左右之间转角左右之间转角为零，时间差为零，时间差t t即是即是0。而随着流量的而随着流量的增加引起增加引起增加，时间差增加，时间

31、差t也增加。而这个时间差也增加。而这个时间差t可以通过安装在可以通过安装在U形管端部的两个位移检测器所输出的形管端部的两个位移检测器所输出的电压的相位电压的相位差测量出来，传送到仪表的变送器进行处理差测量出来，传送到仪表的变送器进行处理转换。转换。 CMFCMF测量原理测量原理CMFCMF测量原理测量原理图图3.3.6 测量管扭转的完整周期测量管扭转的完整周期 CMFCMF测量原理测量原理CMFCMF测量原理测量原理CMFCMF测量原理测量原理信号处理系统信号处理系统 3、信号处理系统、信号处理系统 在流量传感器工作过程中，测量管弹性系统在流量传感器工作过程中，测量管弹性系统始终处于谐振状态。

32、没有测量管的振动，就没始终处于谐振状态。没有测量管的振动，就没有科氏力的发生，质量流量传感器就停止了工有科氏力的发生，质量流量传感器就停止了工作。作。 CMFCMF测量原理测量原理信号处理系统信号处理系统 大多采用电磁法检测相位差的变化。其原理大多采用电磁法检测相位差的变化。其原理如图如图3.3.7所示，两个检测线圈分别位于其中一根所示，两个检测线圈分别位于其中一根测量管两侧对成位置上，在另一根测量管响应位测量管两侧对成位置上，在另一根测量管响应位置上固定着两块永久磁铁。根据电磁感应原理，置上固定着两块永久磁铁。根据电磁感应原理，测量管震动过程中在检测线圈回路里形成相对速测量管震动过程中在检测

33、线圈回路里形成相对速度变化的交变电势。当测量管中无流体流动时，度变化的交变电势。当测量管中无流体流动时，测量管进出口侧通过振动中心位置的时间相同，测量管进出口侧通过振动中心位置的时间相同，其产生的交变电势相位亦相同；当测量管中有流其产生的交变电势相位亦相同；当测量管中有流体流动时，测量管进、出口侧通过振动中心位置体流动时，测量管进、出口侧通过振动中心位置的时间不同步，因而产生的交变电势的相位便有的时间不同步，因而产生的交变电势的相位便有了一个差值。了一个差值。CMFCMF测量原理测量原理信号处理系统信号处理系统除图3.3.7所示的信号处理电路之外，目前大多数弯管型质量流量计也都采用了以微处理器

34、为核心的信号处理电路，其电路框图的一般形式如图3.3.8所示 在图3.3.8中，由左、右侧电磁式检测器L、R的测得二列电压正弦信号分别经本安电路到隔离放大器A1、A2进行放大。 CMF测量原理测量原理信号处理系统信号处理系统 同时，由左侧信号检测器同时，由左侧信号检测器L输出的电压正输出的电压正弦信号经隔离放大器弦信号经隔离放大器A2放大，再经驱动放大器放大，再经驱动放大器放大后，给驱动线圈提供激励电流，由电磁驱放大后，给驱动线圈提供激励电流，由电磁驱动器激励测量管振荡。而该振动信号又被信号动器激励测量管振荡。而该振动信号又被信号检测器所拾取，从而有信号检测器、放大器和检测器所拾取，从而有信号

35、检测器、放大器和电磁驱动器构成一个正反馈回路，维持测量管电磁驱动器构成一个正反馈回路，维持测量管振动系统的自激振荡。为了保持测量管的稳幅振动系统的自激振荡。为了保持测量管的稳幅振动，在驱动放大器上接有负反馈振动，在驱动放大器上接有负反馈AGC自动增自动增益控制电路益控制电路,在在AGC自动增益控制电路中自动增益控制电路中u2与基与基准电平相比较，输出一幅值稳定的控制信号到准电平相比较，输出一幅值稳定的控制信号到激励线圈，使电磁驱动器驱动测量管以激励频激励线圈，使电磁驱动器驱动测量管以激励频率振动。率振动。CMFCMF测量原理测量原理信号处理系统信号处理系统 左、右侧电磁式检测器左、右侧电磁式检

36、测器L、R的检测信号，经隔的检测信号，经隔离放大器离放大器A1、A2放大后，进入信号处理电路，信号放大后，进入信号处理电路，信号处理电路在微处理器的配合下，得到左右检测信号处理电路在微处理器的配合下，得到左右检测信号的相位差或时间差的相位差或时间差t，这个时间差与质量流量成线这个时间差与质量流量成线性关系。性关系。 同时，信号处理电路根据其输入信号同时，信号处理电路根据其输入信号u1 和和u2 得测量管的振动频率信号。测量管的振动频率是流得测量管的振动频率信号。测量管的振动频率是流体密度的函数，随流体密度增大而减小。微处理器体密度的函数，随流体密度增大而减小。微处理器根据检测信号的时间差根据检

37、测信号的时间差t和检测信号的频率和检测信号的频率f，解解算出流体的质量流量和密度。算出流体的质量流量和密度。 CMFCMF测量原理测量原理信号处理系统信号处理系统 此外，质量流量传感器中的温度检测元件此外，质量流量传感器中的温度检测元件一般为帖附在测量管进口端管壁上的铂电阻。一般为帖附在测量管进口端管壁上的铂电阻。铂电阻由恒流源供电，并取会铂电阻的端电压，铂电阻由恒流源供电，并取会铂电阻的端电压，由电压变换电路处理产生电压由电压变换电路处理产生电压UR 。微处理器根微处理器根据电压据电压UR 解算出测量管的温度值，并对由测量解算出测量管的温度值，并对由测量管管材的弹性模量随温度变化所引起的质量

38、流管管材的弹性模量随温度变化所引起的质量流量和密度测量的温度结构误差予以修正。量和密度测量的温度结构误差予以修正。 由微处理器直接驱动电流环和频率环部件，由微处理器直接驱动电流环和频率环部件，分别输出分别输出0/420mA标准电流信号和频率信号，标准电流信号和频率信号，标准电流和频率信号所代表的被测量和范围均标准电流和频率信号所代表的被测量和范围均可以组态。可以组态。 CMFCMF测量原理测量原理信号处理系统信号处理系统图图3.3.8 信号处理系统框图信号处理系统框图 科里奥利质量流量计的应用科里奥利质量流量计的应用 (一一) 科里奥利质量流量计的应用优势科里奥利质量流量计的应用优势 (二二)

39、科里奥利质量科里奥利质量流量计选型流量计选型 (三三)科里奥利质量流量计检定科里奥利质量流量计检定 (四四)科里奥利质量流量计安装和调试科里奥利质量流量计安装和调试 (五五)结束语结束语 科里奥利质量流量计的应用优势科里奥利质量流量计的应用优势(一一) 科里奥利质量流量计的应用优势科里奥利质量流量计的应用优势 1) 高精度流量测量：目前世界各处所应用的高精度流量测量：目前世界各处所应用的CMF其精度（或称不确定度）都优于其精度（或称不确定度）都优于0.2%（O、r）、）、0.015%（O、f、s），），重复性优重复性优于于0. 1%（O、r）、）、0.01%（O、f、s）。）。 2) 同时测量

40、多种参数同时测量多种参数：CMF不仅可以测量出不仅可以测量出流体的瞬时质量流量和累积的总质量，同时还流体的瞬时质量流量和累积的总质量，同时还可以指示出流体的密度、温度可以指示出流体的密度、温度, ,并由此派生出并由此派生出测量溶液中溶质所含的浓度测量溶液中溶质所含的浓度。 科里奥利质量流量计的应用优势科里奥利质量流量计的应用优势3) 应用范围广泛：应用范围广泛：1、 包括高粘度的各种液体、包括高粘度的各种液体、含有固形物的浆液、含有微量气体的液体、有含有固形物的浆液、含有微量气体的液体、有足够密度的中高压气体。足够密度的中高压气体。CMF还能测量出双组还能测量出双组份流中每种已知组份各自的质量

41、流量，这是其份流中每种已知组份各自的质量流量，这是其它流量仪表难以实现的。它流量仪表难以实现的。 例如油例如油水双组份流体，只要知道水和油水双组份流体，只要知道水和油的密度的密度温度函数关系，就不难从测出的混合温度函数关系，就不难从测出的混合质量流量混合密度中计算出各自的质量流量来。质量流量混合密度中计算出各自的质量流量来。 科里奥利质量流量计的应用优势科里奥利质量流量计的应用优势4) CMF检测器没有可动部件和密封件，从而结构检测器没有可动部件和密封件，从而结构简单、可靠性高、维护简便简单、可靠性高、维护简便 。5) 由于流场分布对由于流场分布对CMF正常测量没有影响，所以正常测量没有影响，

42、所以对仪表上下游没有直管段的长度要求。对仪表上下游没有直管段的长度要求。 6) 可以用于双向流的测量，能指出流向和质量流可以用于双向流的测量，能指出流向和质量流量等物理参数量等物理参数。 科里奥利质量流量计选型科里奥利质量流量计选型（二）科里奥利质量流量计（二）科里奥利质量流量计选型选型 流量仪表选型，首先要根据测量目的以及流量仪表选型，首先要根据测量目的以及被测介质的性质、流体的流量范围、工艺条件被测介质的性质、流体的流量范围、工艺条件下的流体参数、安装环境条件等各方面的因素，下的流体参数、安装环境条件等各方面的因素，选用不同类型的流量计。选用不同类型的流量计。 科里奥利质量流量计选型科里奥

43、利质量流量计选型1 1、选型原则选型原则 （1） 根据被测流体的类型选择流量计的结构根据被测流体的类型选择流量计的结构 （2） 安全性原则安全性原则 （3） 流量范围流量范围 （4） 准确度准确度 （5） 压力损失压力损失 （6） 其他性能因素其他性能因素 （7） 性能价格比性能价格比科里奥利质量流量计选型科里奥利质量流量计选型2、选型方法选型方法 科里奥利质量流量计的选型方法有手工计科里奥利质量流量计的选型方法有手工计算法和软件法两种。具体方法与步骤：算法和软件法两种。具体方法与步骤： （1） 填写工艺操作条件填写工艺操作条件 a、流体名称及性质流体名称及性质 b、流体状态（液态、气态、浆液

44、或其他形式）流体状态（液态、气态、浆液或其他形式） c、工艺状况下的流量（最大、常用、最小值）工艺状况下的流量（最大、常用、最小值） d、工艺状况下的压力（最高、常用、最低值）工艺状况下的压力（最高、常用、最低值） e、工艺状况下的温度（最高、常用、最低值）工艺状况下的温度（最高、常用、最低值） 科里奥利质量流量计选型科里奥利质量流量计选型 f、 工艺状况下的密度范围工艺状况下的密度范围 g、工艺状况下的粘度范围工艺状况下的粘度范围 h、工艺管道管径工艺管道管径 i、 允许测量误差允许测量误差 j、 允许压力损失允许压力损失 k、 允许最大流速允许最大流速科里奥利质量流量计选型科里奥利质量流量

45、计选型 （2） 根据工艺条件，对照技术指标，预选传根据工艺条件，对照技术指标，预选传感器型号感器型号 （3） 计算流量传感器的压力损失计算流量传感器的压力损失 （4） 计算传感器测量管内的介质流速计算传感器测量管内的介质流速 （5） 计算测量准确度计算测量准确度 （6） 变送器及二次仪表的选型变送器及二次仪表的选型科里奥利质量流量计选型科里奥利质量流量计选型 变送器及二次仪表的选型主要考虑以下几变送器及二次仪表的选型主要考虑以下几个方面：个方面： a、安装结构形式安装结构形式 b、 电源供给方式电源供给方式 c、信号输出方式信号输出方式 d、通讯方式及接口选择通讯方式及接口选择 e 、根据测量

46、功能的需要，选择二次仪表根据测量功能的需要，选择二次仪表 科里奥利质量流量计检定科里奥利质量流量计检定 1、科里奥利质量流量计检定规程科里奥利质量流量计检定规程 JJG8971995质量流量计检定规程质量流量计检定规程 2、科里奥利质量流量计检定的基本内容科里奥利质量流量计检定的基本内容 （1） 外观外观 （2） 耐压强度耐压强度 （3） 基本误差基本误差 （4） 重复性重复性 科里奥利质量流量计检定科里奥利质量流量计检定3、检定方法和设备要求、检定方法和设备要求 质量流量计的检定，一般是通过流量标准质量流量计的检定，一般是通过流量标准装置来进行的，流量标准装置可分为静态法和装置来进行的，流量

47、标准装置可分为静态法和动态法两类。对于液体流量测量的质量流量计动态法两类。对于液体流量测量的质量流量计常采用液体流量标准装置进行检定。其方法有：常采用液体流量标准装置进行检定。其方法有：（1）静态称量（质量）法）静态称量（质量）法 用用“质量法液体流量标准装置质量法液体流量标准装置”，在测量，在测量时间间隔内，经换向器进入称量容器的液体质时间间隔内，经换向器进入称量容器的液体质量。量。 科里奥利质量流量计检定科里奥利质量流量计检定（2）静态容积加密度计法）静态容积加密度计法 用用“容积法液体流量标准装置容积法液体流量标准装置”，在测量，在测量时间间隔内，经换向器流入定容容器的液体液时间间隔内，

48、经换向器流入定容容器的液体液体体积量，同时测出检定介质的密度，然后经体体积量，同时测出检定介质的密度，然后经过计算，以求得质量流量。过计算，以求得质量流量。（3）标准体积管加密度计法）标准体积管加密度计法 用用“体积管法液体流量标准装置体积管法液体流量标准装置”，在测，在测量时间间隔内，液体直接流入定容容器量时间间隔内，液体直接流入定容容器标准标准体积管，同时测出检定介质的密度，然后经过体积管，同时测出检定介质的密度，然后经过计算，以求得质量流量的方法。计算，以求得质量流量的方法。科里奥利质量流量计检定科里奥利质量流量计检定（4）标准表法）标准表法 即以标准流量计为标准与被检质量流量计即以标准

49、流量计为标准与被检质量流量计进行直接比较。进行直接比较。 无论采用哪种检定方法，检定系统（即流无论采用哪种检定方法，检定系统（即流量标准装置）的准确度应优于被检质量流量计量标准装置）的准确度应优于被检质量流量计基本误差限的基本误差限的1/3以上以上 .科里奥利质量流量计安装和调试科里奥利质量流量计安装和调试 1、仪表安装仪表安装 （1）安装场所的选择）安装场所的选择 根据科里奥利质量流量计的测量原理，选择安装场所时，应着根据科里奥利质量流量计的测量原理，选择安装场所时，应着重考虑以下几点：重考虑以下几点： a、 系统压力问题系统压力问题 当测量液化的气体或热溶剂以及有析出气体趋向的介质时，为当

50、测量液化的气体或热溶剂以及有析出气体趋向的介质时，为防止气蚀的产生，必须保证安装在管线中的传感器有足够的被压。防止气蚀的产生，必须保证安装在管线中的传感器有足够的被压。一定的被压要求还可以使介质始终充满传感器测量管，避免出现半一定的被压要求还可以使介质始终充满传感器测量管，避免出现半管而导致测量不准。管而导致测量不准。 被压是指传感器下游端口出流体的压力，一般常在距离传感器被压是指传感器下游端口出流体的压力，一般常在距离传感器下游端口下游端口3L（L为传感器长度）之内的管道处测量。为传感器长度）之内的管道处测量。科里奥利质量流量计安装和调试科里奥利质量流量计安装和调试最小被压指标为最小被压指标