HNKF-9000科氏力質量流量計


一、測量原理


       HNKF-9000科氏力質量流量計基于科里奧利力學原理測量流體的質量流量，當流體直線運動與轉動同時發生時就有科式力產生。當滿足兩個條件：(1)雙彎管以的頻率振動，(2)管道中有流體流動時，就會產生一種新的力——科氏力，這個力是由管道振動和管道流體流動合成產生的附加力，這個力在彎管上產生了扭矩，使得彎管對稱其中心線發生扭轉。通過在彎管兩側的位移傳感器檢測其電信號，再對電信號進行處理，直接得出質量流量。


FC =2×△m(ω×v)
FC =科式力
△m = 運動流體質量
ω= 角速度
v = 徑向速度(旋轉或震動時)


       科式力與運動流體質量△m和速度v成正比，即與運動流體質量流量成正比。
       傳感器內是U型流量管(圖)，在沒有流體流經流量管時，流量管由安裝在流量管端部的電磁驅動線圈驅動，其振幅小于1mm，頻率約為80Hz，流體流入流量管時被強制接受流量管的上下垂直運動。在流量管向上振動的半個周期內，流體管子向上運動而對流量管施加一個向下的力；反之，流出流量管的流體對流量管施加一個向上的力以管子向下運動而使其垂直動量減少。這便導致流量管產生扭曲，在振動的另外半個周期，流量管向下振動，扭曲方向則相反，這一扭曲現象被稱之為科里奧利(Coriolis)現象，即科氏力。
        根據牛頓第二定律，流量管扭曲量的大小與流經流量管的質量流量大小成正比，安裝于流量管兩側的電磁信號檢測器用于檢測流量管的振動。當沒有流體流過流量管時，流量管不產生扭曲，兩側電磁信號檢測器的檢測信號是同相位的（圖3）；當有流體流經流量管時，流量管產生扭曲，從而導致兩個檢測信號產生相位差，這一相位差的大小直接正比于流經流量管的質量流量。由于這種質量流量計主要依靠流量管的振動來進行流量測量，流量管的振動，以及流過管道的流體的沖力產生了科氏力，致使每個流管產生扭轉，扭轉量與振動周期內流過流管的質量流速成正比。由于一個流管的扭曲滯后于另管的扭曲，質量管上的傳感器輸出信號可通過電路比較，來確定扭曲量。
    電路中由時間差檢測器測量左右檢測信號之間的滯后時間。這個“時間差”ΔT經過數字量測量、處理、濾波以減少噪聲，測
量分辨率。時間差乘量標定系數來表示質量流量。由于溫度影響流管鋼性，科氏力產生的扭曲量也將受溫度影響。被測量的流量不斷由變送器調整，后者檢測粘在流管外表上的鉑電阻溫度計輸出。變送器用一個三相的電阻溫度計電橋放大電路來測量傳感器溫度，放大器的輸出電壓轉化成頻率，并由計數器數字化后讀入微處理器。


    密度測量原理


    流量管的一端被固定，而另一端是自由的。這一結構可看做一重物懸掛在彈簧上構成的重物/彈簧系統，一旦被施以一運動，這一重物/彈簧系統將在它的諧振頻率上振動，這一諧振頻率與重物的質量有關。質量流量計的流量管是通過驅動線圈和反饋電路在它的諧振頻率上振動，振動管的諧振頻率與振動管的結構、材料及質量有關。振動管的質量由兩部分組成：振動管本身的質量和振動管中介質的質量。每一臺傳感器生產好后振動管本身的質量就確定了，振動管中介質的質量是介質密度與振動管體積的乘積，而振動管的體積對每種口徑的傳感器來說是固定的，因此振動頻率直接與密度有相應的關系，那么，對于確定結構和材料的傳感器，介質的密度可以通過測量流量管的諧振頻率獲得。
    利用流量測量的一對信號檢測器可獲得代表諧振頻率的信號，一個溫度傳感器的信號用于補償溫度變化而引起的流量管鋼性的變化，振動周期的測量是通過測量流量管的振動周期和溫度獲得，介質密度的測量利用了密度與流量管振動周期的線性關系及標準的校定常數。
    科氏質量流量傳感器振動管測量密度時，管道鋼性、幾何結構和流過流體質量共同決定了管道裝置的固有頻率，因而由測量的管道頻率可推出流體密度。變送器用一個高頻時鐘來測量振動周期的時間，測量值經數字濾波，對于由操作溫度導致管道鋼性變化，進而引起固有頻率的變化進行補償后，用傳感器密度標定系數來計算過程流體密度。?


二、技術參數


    適用范圍：適用于液體、氣體、液固、氣固的微小質量流量的測量
    測量管材質：304 或316L不銹鋼
    壓力等級：標準配置見上表，其他高壓可以訂貨。
    介質溫度：-50℃～+150℃：-50℃～250℃；-50℃～ 350℃
    環境溫度：-20℃～+70℃
    工作環境濕度：≤90%RH，非冷凝
    流量測量：±0.20% 流量±[(點穩定性/流量值)×100]% 流量(±0.1%為訂貨)
    密度測量范圍：0.5g/cm3～2.5g/cm3
    密度測量：±0.002g/ml?
    溫度測量范圍：-60℃～+200℃
    溫度測量準確度：±1℃
    重復性：±0.10% 流量±[?(點穩定性/流量值)×100]% 流量
    變送器供電要求：本安型電源電壓︰AC(220±10%)V,(50±5%)Hz
                    復合型電源電壓︰(24±10%）V
    輸出信號：4～20mA ?負載電阻<500Ω(瞬時流量或密度可選)；0～10kHz?瞬時流量脈沖信號；RS485 通訊信號
    傳感器的爆標志：Exib(ib)ⅡBT2- T5
    爆合格證號：CE072066
    變送器爆標志：Exd(ib)ibIBT5
    爆合格證號：CE092053?


三、顯著特點


    直接測量介質的質量流量 
    的長期穩定性
    測量不受管內流場的影響
    多種回路材質可選
    流量傳感器內無電路組件
    管道振動和管道應力影響小
    無直管段要求，可隨意安裝
    同時顯示質量流量、密度、體積流量、溫度等


四、測量環境的影響


 1、流體壓力的影響
    先考慮流體壓力不應過規定工作壓力，其次考慮靜壓變化影響的程度。壓力變化影響測量管繃緊程度和布登效應的程度，以及破壞測量管不對稱的原點偏置。雖然儀表常數變動和漂很小，但是使用壓力時和校準時相差甚大時，對于高度儀表影響值還是不能忽視的。小口徑儀表壁厚管徑比大，影響小；大口徑儀表壁厚管徑比校大，影響大。
 2、流體密度影響
    流體密度變化改變流量測量系統的質量，從而使流量傳感器的平衡發生變化，導致點偏移。如果測量某一特定液體，只要在實際使用的液體密度條件下調，使用過程中的密度變化不大，一般不存在問題。但在一根管道上測量密度差別較大的幾種液體時，會帶來點變動的附加誤差
 3、流體粘度影響
    哈恩（大連）流體控制技術有限公司的科氏力質量流量計HNKF-9000可測量液體粘度的范圍很寬，并呈現良好的測量性能。雖有論及粘度影響測量度，但很試驗數據。液體粘度會改變系統的阻尼特性，從而影響偏置；在低流量時對流量測量值有程度的影響。 
 4、雙相流體中異相含量影響
    制造廠常稱含有百分幾體積比游離氣體影響測量不大。當測量氣泡小而分布均勻的液體，如冰淇淋和相似乳化液，影響可能是相對的。含氣泡1%時有些型號無明顯影響，有些型號誤差為1%～2%，其中一臺雙管直管式則10%～15%；含氣泡10%時，誤差普遍增加到15%～20%，個別型號80%。此外流體的壓力、流速、粘度和氣液混合方式的差異，所帶來的影響也不一樣。測量含有少量固體的液體時，各類型HNKF-9000都有較高的信賴度。當固體含量較多或固體具有強磨蝕性或軟固體(如食品湯汁中的蔬菜塊)，應選用單管直管型或串聯雙管型。因為如用并聯雙管型，分流器上有可能粘附異物或磨損導致改變兩路分流量，產生誤差；更為嚴重者如一路堵塞可能不被立即發現。
 5、環境振動影響
    HNKF-9000可以在振動環境下工作，但須與振動隔離，例如與振動管間用柔性管連接和采用隔離振動的支撐架。但更應振動頻率與HNKF-9000的工作頻率或諧波頻率相同。 同一型號多臺儀表串接安裝或較接近地平行安裝，尤其是裝在同一支撐臺架上，各HNKF-9000間工作頻率振動會相互影響，引起異常振動，嚴重時會使儀表無法工作。在訂購時可專門向制造廠提出，錯開兩串聯HNKF-9000的工作頻率。
 6、管道應力影響
    若連接流量傳感器管道中心未對準(或不平行)或管道溫度改變，管道應力會形成壓力、拉力、或剪切力作用到HNKF-9000測量管間的對準，引起檢測探頭的不對稱性，導致點變動。HNKF-9000安裝好后須調以消除或減小這一影響。若管道嚴重未對準，有可能無法調至位。管道溫度偏離安裝時溫度，管道產生的熱膨脹(或收縮)力亦將作用到流量傳感器。有些HNKF-9000設計在測量管進出口各有一個很重的分流器，可減小管道應力對測量管的影響。直形測量管HNKF-9000易受熱膨脹力的影響，要時可在管道裝熱膨脹


隔離管件。

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