质量流量计测量原理与应用-xin.ppt

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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本概念仪表定义仪表定义质质量量

2、流流量量计计是是对对被被测测介介质质的的流流量量进进行行连连续续测测量量，测测量量结结果果是是以以公公斤斤或或吨吨等等工工程程单单位位显显示示出来的流量仪表。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，或是同时测量流体的体积流量和温度、压力值，

3、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）热式质量流量计（热式质量流量计（TMF）a、托马斯流量计托马斯流

4、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：是是指指被被测测量量的的值值处处于于稳稳定定状状态态时时的的输输入入与与输输出出的的关关系系。对对静静态态特特性性的的基基本本要要求求是是：输输入入为为零零输输出出亦亦为为零零，输出与输入成惟一

5、的对应关系。输出与输入成惟一的对应关系。表表征征静静态态特特性性的的参参数数有有：静静态态变变换换函函数数、静静态态特特性性曲曲线线、仪仪表表系系数数、流流出出系系数数、流流量量范范围围（量量程程）、线线性性度度、灵灵敏敏度度、迟迟滞滞、稳稳定定性性、零零漂漂、重重复复性性、精精确确度度和和压压力力损损失等。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是指指被被测测量量对对象象的的输输入入值值瞬瞬态态快快速速变变化化时时，输输出出值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）时间域时间域被被测测对对象象输输入入值值为为阶阶跃跃信信号号

6、时时，输输出出值值的的时时间间响响应应特特性性。其其品品质质指指标标可可用用时时间间常常数数表表示示。时时间间常常数数是是指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）频率域频率域被被测测对对象象输输入入值值按按正正弦弦波波频频率率变变化化时时，输输出出值值的的频频率率响响应应特特性性。流流量量计计的的输输出出值值与与输输入入值值的的比比值值随随频频率率而而变化的特性称为频率响应特性。变化的特性称为频率响应特性。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

7、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首先先求求的的各各参参数数A类类和和B类类不不确确定定度度，然然后后进进行行合合成成标标准准不不确确定定度度和和扩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流量量测测量量技技术术的的发发展展与与应应

8、用用和和需需求求是是相相互互依依存存的的，应应用用和和需需求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。目目前前，质质量量流流量量的的各各种种测测量量方方法法，包包括括间间接接式式和和直直接接式式测测量量方方法法，都都有有一一定定的的应应用用。质质量量流流量量间间接接测测量量方方法法，因因为为引引入入了了多多个个中中间间参参数数的的测测量量，然然后后进进行行运运算算和和修修正正，因因而而积积累累误误差差较较大大，但但因因其其具具有有传传统统方方式式的的继继承承性性，用用户户又又比比较较熟熟悉悉，在在一一些些测测量量准准确确度度要要求求不不高高的的场场合合，应应用用仍仍比比较较

9、多多。尤尤其其是是采采用用补补偿偿式式方方式式测测量量气气体体的的质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。质质量量流流量量测测量量技技术术发发展展的的重重点点是是质质量量流流量量直直接接式式测测量量方方法法，以以提提高高测测量量准准确确度度，实实现现对对各各种种介介质质在在复复杂杂环环境境条条件件下下的的高高准准确确度度、高高可可靠靠的的测测量量。在在质质量量流流量量直直接接式式测测量量方方法法中中，科科里里奥奥利利质质量量流流量量计计已已经经受受到到各各方方面面用用户户的的青青睐睐。这这是是因因为为它它能能够够高高准准确确度度的的直直接接测测量量管

10、管道道内内流流体体的的质质量量流流量量，而而且且稳稳定定度度高高，可可靠靠性性好好，量量程程比比大大，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科里里奥奥利利质质量量流流量量计计是是利利用用流流体体在在直直线线运运动动的的同同时时处处于于一一旋旋转转系系中中，产产生生与与质质量量流流量量成成正正比比的的科科里里奥奥利利力力原原理理制制成成的的一一种种直直接接式式质量流量仪表。质量流量仪表。从从1950年开始，科学家和工程师们花费

11、了许多年试验、开发质年开始，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（MicroMotion）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

12、式的科里奥利质量流量计量流量计(CoriolisMassFlowCMF)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，设的应用起步较晚，设计生产计生产CMF的厂家仅有太行仪表厂等，还有几家制造厂组建合资企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量仪表。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

13、感器流流量量传传感感器器是是一一种种基基于于科科里里奥奥利利力力效效应应的的相相位位敏敏感感型型谐谐振振式式传传感感器器。该该传传感感器器由由振振动动管管、信信号号检检测测器器、震震荡驱动器、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-CMFCMF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

14、 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是以以微微处处理理为为核核心心的的电电子子系系统统。它它用用来来向向传传感感器器提提供供驱驱动动力力，并并将将传传感感器器的的信信号号转转化化为为质质量量流流量量信信号号及及其其他他一一些些有有意意义义的的参参数数信信号号，同同时时具具有有根根据据温温度度参参数数对对质质量量流流量量和和密密度度测测量量进进行行补补偿偿、修修正正的的功功能能。流流量量变变送送器器一一般般输输出出标标准准电电流流信信号号或或频频率率信信号号，并并可可按按一一定定的的通通讯讯协协议议，实

15、实现现与与上上位位机机和和DCS系系统统的的交交联联与与远远传传通通讯讯。变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。有有的的流流量量变变送送器器，没没有有显显示示面面板板和和操操作作键键盘盘，只只有有模模拟拟量量或或频频率率量量输输出出。在在实实际际应应用用中中需需要要另另外外配配备备二二次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科里里奥奥利利质质量量流流量量传传感感器器的的测测量量管管有有各各种种不不同同的的结结构构形式：形式：

16、（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。目目前前，科科里里奥奥利利质质量量流流量量传传感感器器的的检检测测振振动动管管管管形形已已发发展展到到二二十十多多种种。无无论论振振动动管管形形状状如如何何，基基本本原原理理是是一一致致的，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

17、 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 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

18、.GustavedeCoriolis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。例如设参力。例如设参照系是一个以恒定角速度绕轴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），其转动），其转动方向图中矢量所示，当一个物体以速度方向图中矢量所示

19、，当一个物体以速度V沿半径运动时，就有一个沿半径运动时，就有一个“惯性力惯性力”FK=2V 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

20、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，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旋旋转转管管道道中中的的科科氏氏力力CMFCMF测量原理测量原理基本理论基本理论当当质质量量为为m的的质质点点以以匀匀速速V在在一一个个围围绕绕固固定定点点O并并以以角角速速度度旋旋转转的的管管道道移移动动时时，将将沿沿着着旋旋转转的的法法线线方方向向存存在在一一个个向向心心力力Fr=2rm；沿沿

21、着着切切线线方方向向质质点点对对管管壁壁也也产产生生一一个个反反作作用用力力，Fc=2Vm，这个力就是这个力就是Coriolis力力Fc=2VmFc=Coriolis力力 =旋转体的角速度旋转体的角速度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。

22、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型型振振动动管管为为例例，对对Coriolis质质量量流流量量计计的的测量做定量分析：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向上上的的力力.反

23、反之之,流流出出仪仪表表流流体体存存在在向向上上的的力力,抗抗图图3.3.3振振动动中中的的测测量量管管拒拒管管子子对对其其垂垂直直量量的的减减少少而而把把管管子子向向上上推推。两两个个反反作作用用力力合合成成引引起起流流量量测测量量管管扭扭曲曲；这这就就是是Coriolis效效应应。在在振振动动的的另另外外半半周周期期，管管子子向向下下运运动动而而扭扭曲曲方方向向就就相相反反。图图3.3.4显显示示一一个个流流体体，经经过过一一个个测测量量管管，有有一一个个质质量量m和和速速度度V，它它以以相相对对OO轴轴线线的的角角速速度度旋旋转转。因而产生因而产生Coriolis：CMFCMF测量原理测

24、量原理CMFCMF测量原理测量原理 F=2mV（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测测量管量管转动转动示意示意图图 流流体体的的入入口口和和出出口口的的速速度度矢矢量量在在方方向向上上是是相相反反的的，如如果果从从尾尾端端观观看看这这个个测测量量管管是是两两个个引引线线（在在图图3.3.43.3.4中中从从RRRR轴轴线线看看进进去去），由由在在入入口口与与出出口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，

25、而大小相等。由由于于管管子子相相对对OOOO轴轴振振动动，这这个个力力产产生生一一个个相相对对于于RRRR轴轴的的振振动动力力矩矩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)质质量量m m是是由由密密度度、管管截截面面积积A A和和长长度度L L定定义义的的，速速度度V V是是由由单单位位时时间间的的单单位位L L定

26、定义义的的。质质量量流流量量q qm m是是由由每每单单位位时时间间内内通通过过的的一一个个给给出出点点质质量量决决定定的的，那那就是就是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

27、所显示泊流体力CMFCMF测量原理测量原理CMFCMF测量原理测量原理然然而而，由由M产产生生的的偏偏转转被被测测量量管管的的伸伸展展弹弹力力K所所抵抵制制，总总之之，对对于于任任何何的的扭扭转转弹弹力力，扭扭矩矩T定定义义为为T=K（5）由由于于T=M，现现在在通通过过组组合合（4）与与（5）式式，质质量量流流量量q qm m能能与与偏偏转转角角度度联联系系成成相相关关式式子。子。K q qm m=（6 6）4rL 4rL 在在管管子子轴轴线线中中心心的的移移动动速速度度V Vt t（线线速速度度）乘乘以以时时间间间间隔隔tt ，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

28、有关系。有关系。V Vt t tt Sin=Sin=（7 7）2r 2rCMFCMF测量原理测量原理CMFCMF测量原理测量原理 由由于于很很小小，它它几几乎乎等等于于Sin,Sin,对对于于小小的的旋旋转转角角V Vt t是是和和管管长长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：LtLt=（8 8）2r 2r综合式（综合式（6 6）和（）和（8 8）得出：）得出：KLt KKLt K q qm m=t =t （9 9）8r 8r2 2L 8rL 8r2 2CMFCMF测量原理测量原理CMFCMF测量原理测量原理这这样样质质量

29、量流流量量计计q qm m只只与与时时间间差差t和和几几何何常常数数成成比比例例，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tt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，时间差t也增加。而这个时间差

30、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、信号处理系统在在流流量量传传感感器器工工作作过过程程中中，测测量量管管弹弹性性系系统统始始终终处处于于谐谐振振状状态态。没没有有测测量量管管

31、的的振振动动，就就没没有有科氏力的发生，质量流量传感器就停止了工作。科氏力的发生，质量流量传感器就停止了工作。CMFCMF测量原理测量原理信号处理系统信号处理系统大大多多采采用用电电磁磁法法检检测测相相位位差差的的变变化化。其其原原理理如如图图3.3.7所所示示，两两个个检检测测线线圈圈分分别别位位于于其其中中一一根根测测量量管管两两侧侧对对成成位位置置上上，在在另另一一根根测测量量管管响响应应位位置置上上固固定定着着两两块块永永久久磁磁铁铁。根根据据电电磁磁感感应应原原理理，测测量量管管震震动动过过程程中中在在检检测测线线圈圈回回路路里里形形成成相相对对速速度度变变化化的的交交变变电电势势。

32、当当测测量量管管中中无无流流体体流流动动时时，测测量量管管进进出出口口侧侧通通过过振振动动中中心心位位置置的的时时间间相相同同，其其产产生生的的交交变变电电势势相相位位亦亦相相同同；当当测测量量管管中中有有流流体体流流动动时时，测测量量管管进进、出出口口侧侧通通过过振振动动中中心心位位置置的的时时间间不不同同步步，因因而产生的交变电势的相位便有了一个差值。而产生的交变电势的相位便有了一个差值。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

33、.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同时时，由由左左侧侧信信号号检检测测器器L输输出出的的电电压压正正弦弦信信号号经经隔隔离离放放大大器器A2放放大大，再再经经驱驱动动放放大大器器放放大大后后，给给驱驱动动线线圈圈提提供供激激励励电电流流，由由电电磁磁驱驱动动器器激激励励测测量量管管振振荡荡。而而该该振振动动信信号号又又被被信信号号检检测测器器所所拾拾取取，从从而而有有信信号号检检测测器器、放放大大器器和和电电磁磁驱驱动动器器构构成成一一个个正正反反馈馈回回路路，维维持持测测

34、量量管管振振动动系系统统的的自自激激振振荡荡。为为了了保保持持测测量量管管的的稳稳幅幅振振动动，在在驱驱动动放放大大器器上上接接有有负负反反馈馈AGC自自动动增增益益控控制制电电路路,在在AGC自自动动增增益益控控制制电电路路中中u2与与基基准准电电平平相相比比较较，输输出出一一幅幅值值稳稳定定的的控控制制信信号号到到激激励励线线圈圈，使使电电磁磁驱动器驱动测量管以激励频率振动。驱动器驱动测量管以激励频率振动。CMFCMF测量原理测量原理信号处理系统信号处理系统左左、右右侧侧电电磁磁式式检检测测器器L、R的的检检测测信信号号，经经隔隔离离放放大大器器A1、A2放放大大后后，进进入入信信号号处处

35、理理电电路路，信信号号处处理理电电路路在在微微处处理理器器的的配配合合下下，得得到到左左右右检检测测信信号号的的相相位位差差或或时时间间差差t，这这个个时时间间差差与与质质量量流流量量成成线线性性关系。关系。同同时时，信信号号处处理理电电路路根根据据其其输输入入信信号号u1和和u2得得测测量量管管的的振振动动频频率率信信号号。测测量量管管的的振振动动频频率率是是流流体体密密度度的的函函数数，随随流流体体密密度度增增大大而而减减小小。微微处处理理器器根根据据检检测测信信号号的的时时间间差差t和和检检测测信信号号的的频频率率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

36、量原理测量原理信号处理系统信号处理系统此此外外，质质量量流流量量传传感感器器中中的的温温度度检检测测元元件件一一般般为为帖帖附附在在测测量量管管进进口口端端管管壁壁上上的的铂铂电电阻阻。铂铂电电阻阻由由恒恒流流源源供供电电，并并取取会会铂铂电电阻阻的的端端电电压压，由由电电压压变变换换电电路路处处理理产产生生电电压压UR。微微处处理理器器根根据据电电压压UR解解算算出出测测量量管管的的温温度度值值，并并对对由由测测量量管管管管材材的的弹弹性性模模量量随随温温度度变变化化所所引引起起的的质质量量流流量量和和密度测量的温度结构误差予以修正。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

37、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可标准电流和频率信号所代表的被测量和范围均可以组态。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)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

38、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)高高精精度度流流量量测测量量：目目前前世世界界各各处处所所应应用用的的CMF其其精精度度（或或称称不不确确定定度度）都都优优于于0.2%（O、r）、0.015%（O、f、s），重重复复性性优优于于0.1%（O、r）、）、0.01%（O、f、s）。）。2)同时测量多种参数同时测量多种参数：CMF不仅可以测量出流不仅可以测量出流体的瞬时质量流量和累积的总质量，同时还可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、温度以指示出流体的密

39、度、温度,并由此派生出测量并由此派生出测量溶液中溶质所含的浓度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)应应用用范范围围广广泛泛：1、包包括括高高粘粘度度的的各各种种液液体体、含含有有固固形形物物的的浆浆液液、含含有有微微量量气气体体的的液液体体、有有足足够够密密度度的的中中高高压压气气体体。CMF还还能能测测量量出出双双组组份份流流中中每每种种已已知知组组份份各各自自的的质质量量流流量量，这这是是其其它它流流量仪表难以实现的。量仪表难以实现的。例例如如油油水水双双组组份份流流体体，只只要要知知道道水水和和油油的的密密度度温温度度函函数数关关系系，就就不

40、不难难从从测测出出的的混混合合质质量流量混合密度中计算出各自的质量流量来。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检检测测器器没没有有可可动动部部件件和和密密封封件件，从从而而结结构构简单、可靠性高、维护简便简单、可靠性高、维护简便。5)由由于于流流场场分分布布对对CMF正正常常测测量量没没有有影影响响，所所以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

41、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、工艺条件下被测介质的性质、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，选的流体参数、安装环境条件等各方面的因素，选用不同类型的流量计。用不同类型的流量计。科里奥利质量流量计选型科里奥利质量流量计选型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（

42、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科里里奥奥利利质质量量流流量量计计的的选选型型方方法法有有手手工工计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

43、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计选型（2）根根据据工工艺艺条条件件，对对照照技技术术指指标标，预预选选传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

44、质量流量计选型科里奥利质量流量计选型变变送送器器及及二二次次仪仪表表的的选选型型主主要要考考虑虑以以下下几几个方面：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（

45、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质量量流流量量计计的的检检定定，一一般般是是通通过过流流量量标标准准装装置置来来进进行行的的，流流量量标标准准装装置置可可分分为为静静态态法法和和动动态态法法两两类类。对对于于液液体体流流量量测测量量的的质质量量流流量量计计常常采采用液体流量标准装置进行检定。其方法有：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量。时间间隔内，经换向器进入称量容器

46、的液体质量。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“容容积积法法液液体体流流量量标标准准装装置置”，在在测测量量时时间间间间隔隔内内，经经换换向向器器流流入入定定容容容容器器的的液液体体液液体体体体积积量量，同同时时测测出出检检定定介介质质的的密密度度，然然后后经经过过计计算，以求得质量流量。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“体体积积管管法法液液体体流流量量标标准准装装置置”，在在测测量量时时间间间间隔隔内内，液液体体直直接接流流入入定定容容容容器器标标准准体体积积管管，同同时时测测出出检检定定介介质

47、质的的密密度度，然然后后经经过过计计算算，以求得质量流量的方法。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）标准表法即即以以标标准准流流量量计计为为标标准准与与被被检检质质量量流流量量计计进行直接比较。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基量标准装置）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）安装场所的选择根根据据科科里里奥奥利利质质量量流流量量计

48、计的的测测量量原原理理，选选择择安安装装场场所所时时，应应着着重考虑以下几点：重考虑以下几点：a、系统压力问题系统压力问题当当测测量量液液化化的的气气体体或或热热溶溶剂剂以以及及有有析析出出气气体体趋趋向向的的介介质质时时，为为防防止止气气蚀蚀的的产产生生，必必须须保保证证安安装装在在管管线线中中的的传传感感器器有有足足够够的的被被压压。一一定定的的被被压压要要求求还还可可以以使使介介质质始始终终充充满满传传感感器器测测量量管管，避避免免出出现现半半管而导致测量不准。管而导致测量不准。被被压压是是指指传传感感器器下下游游端端口口出出流流体体的的压压力力，一一般般常常在在距距离离传传感感器器下游

49、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为P A P+BP0 P流量计压损流量计压损P0最高工作温度下介质的饱和蒸汽压最高工作温度下介质的饱和蒸汽压A、B为系数为系数是流量传感器的结构以及介质的性质而定，一般由是流量传感器的结构以及介质的性质而定，一般由实验得出。实验得出。*要保证背压，一是将传感器装在靠近泵出口侧，或装在要保证背压，一是将传感器装在靠近泵出口侧，或装在上升管道的较低部位来测液体，而且流量计下游上升管上升管道的较低部位来测液体，而且流量计下游上升管道的高

50、度应不低于道的高度应不低于2m（视介质的密度而定），二是上升视介质的密度而定），二是上升管道的下游侧不得有同样长或稍短的下降管道，以保证管道的下游侧不得有同样长或稍短的下降管道，以保证流体上升时产生的静压不被回降时抵消。流体上升时产生的静压不被回降时抵消。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*在测量易挥发的液体时，如液化气、在测量易挥发的液体时，如液化气、溶剂等，溶剂等，CMF必须安装在压力大于必须安装在压力大于该液体饱和蒸汽压处，表前最好不该液体饱和蒸汽压处，表前最好不加带节流性质的元件。如果必须加加带节流性质的元件。如果必须加应远离应远离CMF。*由于液体达到其饱和蒸汽