質(zhì)量流量計(jì)是我公司根據(jù)科里奧利力原理開發(fā)的一種新型的流量測量儀表，可直接測量封閉管道內(nèi)流體的質(zhì)量流量和介質(zhì)的密度。流量計(jì)由流量測量傳感器和信號轉(zhuǎn)換器兩部分組成。

一、主要特點(diǎn)

1、能夠直接測量流體的質(zhì)量流量（這對能源的計(jì)量和化學(xué)反應(yīng)等生產(chǎn)過程檢測控制具有重要意義）

2、測量準(zhǔn)確度高（測量準(zhǔn)確度可保證在 0.1%～0.5%）

3、可測比較大，一般保證基本準(zhǔn)確度的可測比為 10:1 或 20:1

4、應(yīng)用范圍廣，除正常的流體測量外還可測量一般流體測量儀表較難測量的工業(yè)介質(zhì)，如高粘度流體、各種漿液、懸浮液等

5、可在線測量被測介質(zhì)的密度、溫度等參數(shù)，并以此派生測量溶液中溶質(zhì)的濃度

6、安裝要求不高，對上下游直管段沒有什么要求

7、運(yùn)行可靠、維修率低

二、應(yīng)用領(lǐng)域

(1)質(zhì)量流量計(jì)的特點(diǎn)確定了流量計(jì)可以在下述領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用：

(2_流體能源、流體原料、產(chǎn)品的計(jì)量，例如石油、化工原料及產(chǎn)品的裝車（裝船）、卸車（卸船）的計(jì)量及包裝計(jì)量；

(3)石油、化工、食品、醫(yī)藥行業(yè)生產(chǎn)過程對物料的精準(zhǔn)計(jì)量、控制；

(4)高粘度物料的在線計(jì)量，例如瀝青、重油、油脂的計(jì)量；

(5)有懸浮物及固體顆粒物物料的計(jì)量，例如水泥漿、石灰漿的計(jì)量；

(6)易凝固物料的保溫計(jì)量，例如瀝青等易凝固物料的計(jì)量實(shí)現(xiàn)保溫狀態(tài)工作；

(7)中高壓氣體的精確計(jì)量，例如 CNG 石油天然氣的計(jì)量；

(8)微小流量測量，例如精細(xì)化工及醫(yī)藥行業(yè)微小流量的測量；

(9)在線測量介質(zhì)的密度，并以此派生出測量溶液的溶質(zhì)所含的濃度，例如石灰漿液石灰濃度測量；

(10)超低溫介質(zhì)流量的測量，例如液氮、液氧等液化氣的測量；

(11)高溫介質(zhì)的流量測量，例如高溫油（溫度可達(dá) 200～300℃）的測量；

(12)高壓介質(zhì)的流量測量，例如石油鉆井固井用水泥漿流量的測量（高壓幾十 MPa)等等。

三、工作原理

當(dāng)一個位于以 P 為固定點(diǎn)（旋轉(zhuǎn)中心）作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的管子內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)做朝向旋轉(zhuǎn)中心或離向

旋轉(zhuǎn)中心的運(yùn)動時，將產(chǎn)生一慣性力，原理如圖 1.1：

 

圖中質(zhì)量為δm的質(zhì)點(diǎn)以勻速υ在管道內(nèi)向右運(yùn)動，而管道圍繞固定點(diǎn) P 以角速度ω旋轉(zhuǎn)。

此時這個質(zhì)點(diǎn)將獲得兩個加速度分量：

1、法向加速度αr（向心加速度），其量值等于ω 2r,其方向朝向 P 點(diǎn)。

2、切向加速度αt(科里奧利加速度)，其量值等于 2ωυ，方向與αr 垂直。

由切向加速度產(chǎn)生的作用力稱為科里奧利力，其大小等于 Fc=2ωυδm。在圖 1.1 中流體

δm=ρA×ΔX,因此科氏力可以表示為：

ΔFc=2ωυ×δm=2ω×υ×ρ×A×ΔX=2ω×δqm×ΔX

式中 A

為管道內(nèi)截面積

δqm=δdm/dt=υρA

對于特定的旋轉(zhuǎn)管道，其頻率特性是一定的，ΔFc 僅取決于δqm 。因此直接或間接測量科氏力就可以測量質(zhì)量流量?？剖显碣|(zhì)量流量計(jì)就是根據(jù)上述原理工作的。實(shí)際的流量傳感器并非實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，而代之以管道振動。其原理示意如圖 1.2、圖 1.3、圖 1.4 所示。一個彎管道的兩端被固定，在兩個固定點(diǎn)的中間位置給管道施加振動力(按管道的諧振頻率)，使其以固定點(diǎn)為軸以其自然頻率ω振動。當(dāng)管道內(nèi)沒有流體流動時，管道只受外加振動力作用，管道兩個半段振動方向相同，沒有相位差。當(dāng)有流體流動時受管道內(nèi)流動的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)科氏力 Fc 的影響（在管道的兩個半段科氏力 F1、F2 大小相等、方向相反圖 1.2），管道的兩個半段按相反的方向發(fā)生扭動，產(chǎn)生相位差（圖 1.3、圖 1.4），這一相位差同質(zhì)量流量成正比。傳感器的設(shè)計(jì)就是把科氏力的測量轉(zhuǎn)為對振動管兩側(cè)相位時差的測量，這就是科氏質(zhì)量流量計(jì)的工作原理。

 

 

第二部分  傳感器

一、傳感器的結(jié)構(gòu)其功能特點(diǎn)

1、傳感器外形結(jié)構(gòu)

質(zhì)量流量計(jì)傳感器，根據(jù)振管結(jié)構(gòu)分為U型結(jié)構(gòu)及三角型結(jié)構(gòu)：

DN20-DN200傳感器結(jié)構(gòu)為U型結(jié)構(gòu)

DN3-DN15傳感器為三角型結(jié)構(gòu)

U型結(jié)構(gòu)及三角型結(jié)構(gòu)外形如下圖所示

 

 

2、傳感器結(jié)構(gòu)

（1）普通型傳感器結(jié)構(gòu)，傳感器是由測量管、測量管驅(qū)動裝置、位置檢測器、支撐結(jié)構(gòu)、溫度傳感器、殼體等幾部分構(gòu)成。

支撐結(jié)構(gòu)：測量管固定在支撐結(jié)構(gòu)上，作為振動系統(tǒng)的振動軸心。

①測量管（振動管）：由兩根平行彎管組成。

②位置檢測器：用于檢測測量管的扭曲變化。

③驅(qū)動裝置：產(chǎn)生電磁力，用以驅(qū)動測量管，使其以接近諧振頻率振動。

④殼體：用于保護(hù)測量管和驅(qū)動、檢測裝置。

（2）保溫型傳感器

保溫型傳感器主要用于在常溫下容易凝固的介質(zhì)流量測量，保溫型傳感器的外側(cè)有保溫夾層，使用時夾層內(nèi)通有保溫介質(zhì)，保證傳感器的一定的使用溫度，以保證介質(zhì)在流量計(jì)內(nèi)始終保持在可流動狀態(tài)。其結(jié)構(gòu)如圖2.4、圖2.5、圖2.6：

 

 

 

1--保溫外殼：外殼為夾層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為傳感器的保護(hù)層，外層為保溫層。內(nèi)外夾層間可通蒸汽、熱水、熱油等保溫介質(zhì)，已達(dá)到傳感器保溫的目的。夾層耐壓根據(jù)用戶需要設(shè)計(jì)，用戶使用時保溫介質(zhì)的壓力不得大于標(biāo)注的設(shè)計(jì)壓力。保溫介質(zhì)的溫度根據(jù)用戶需要控制，但一般保溫介質(zhì)的溫度不得超過 200℃。

2--傳感器連接法蘭

3--傳感器信號連接接頭。使用時與轉(zhuǎn)換器相連接。

4--傳感器支架體（分流器）

5--保溫介質(zhì)連接接頭：外殼兩側(cè)有保溫介質(zhì)的連接接頭，接頭形式及規(guī)格一般根據(jù)用戶要求配置。用戶的保溫介質(zhì)通過這兩個接頭引入、引出。保溫介質(zhì)的引入、引出管的配置根據(jù)需要要考慮傳感器連接法蘭及傳感器支架（分流器）的保溫。

6--放水閥：保溫層底部安裝有針型閥，此閥門用于釋放保溫蒸汽產(chǎn)生的冷凝水或保溫介質(zhì)的排放。保溫蒸汽流通時（尤其是不流動時）可能會產(chǎn)生冷凝水，冷凝水積存過多會影響保溫效果（甚至可能會產(chǎn)生氣錘現(xiàn)象），因此需要及時排放積存的冷凝水?？紤]傳感器的外層絕熱保溫與工藝管路絕熱保溫相協(xié)調(diào)，傳感器出廠時外側(cè)沒有實(shí)施絕熱保溫。傳感器安裝完畢，并連接保溫介質(zhì)管后，根據(jù)需要應(yīng)由用戶實(shí)施絕熱保溫。

3. 傳感器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

(1)測量信號大，測量精度容易滿足要求；

(2)安裝應(yīng)力影響??；

(3)U 型管結(jié)構(gòu)具有自排空能力；

(4)外殼結(jié)構(gòu)具有二次耐壓保護(hù)功能并易于實(shí)現(xiàn)保溫；

(5)小口徑傳感器安裝尺寸小。

 

二、傳感器型號及技術(shù)參數(shù)：

 

 

2. 轉(zhuǎn)換器型號

 

3. 傳感器規(guī)格及技術(shù)參數(shù)

（1）傳感器規(guī)格、量程、零點(diǎn)穩(wěn)定性

注：流量范圍給出了兩個參數(shù)，中間參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)流量范圍，一般出廠檢驗(yàn)按此量程進(jìn)行檢9驗(yàn)，同時也建議用戶在此量程范圍內(nèi)選用儀表；后一個參數(shù)為保證傳感器穩(wěn)定工作的上限流量范圍。

 

（2）流量（液體）測量精度：

（3）密度（液體）測量范圍和精度：

測量范圍：0.3～3.000g/cm3、測量精度：±0.002g/cm3

（4）溫度測量范圍和精度：

測量范圍：-200～350℃、測量精度：±1℃

（5）被測介質(zhì)工作溫度：

-200℃～350℃、標(biāo)準(zhǔn)型：-50～200℃、高溫型：-50～350℃、低溫型：-200～200℃

（6）適用環(huán)境溫度：-40℃～60℃

（7）材質(zhì)：測量管為316L 外殼為304

（8）工作壓力：0～4.0MPa、注：傳感器的實(shí)際耐壓各規(guī)格不同，這里只是標(biāo)準(zhǔn)耐壓。

（9）防爆標(biāo)志：Ex d [ia]ⅡC T6 Gb

 

第三部分  流量信號轉(zhuǎn)換器

一、概述

流量信號轉(zhuǎn)換器是與科氏質(zhì)量流量計(jì)傳感器配套使用的流量測量信號轉(zhuǎn)換儀表。它由信號基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換器及顯示器組合而成，具有傳感器振管驅(qū)動、相位信號檢測、流量運(yùn)算顯示、流量積算、信號遠(yuǎn)距離傳輸?shù)裙δ埽c我公司生產(chǎn)的科氏質(zhì)量流量傳感器合為一體，組成具有就地顯示功能的質(zhì)量流量計(jì)。現(xiàn)已開發(fā)配套的轉(zhuǎn)換器有四種型號。轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)充分考慮了不同用戶的使用要求，除正常測量顯示介質(zhì)質(zhì)量流量、密度、溫度、累計(jì)流量值，還可實(shí)現(xiàn)單向計(jì)量控制、質(zhì)量流量/ 體積流量換算顯示測量、介質(zhì)濃度測量、管道吹掃辨別等多種附加功能。同時具有現(xiàn)場自動對 零、故障狀態(tài)顯示報(bào)警、超量報(bào)警提示、多種標(biāo)準(zhǔn)脈沖頻率輸出選擇等功能，方便儀表的使用和維護(hù)。

各型號轉(zhuǎn)換器功能參數(shù)列表如下：表 3.1

 

 

二、主要技術(shù)參數(shù)

 

 

第四部分 流量計(jì)的選用、安裝、使用

一、流量計(jì)的選用

質(zhì)量流量計(jì)的選型一般應(yīng)考慮以下若干原則：

（1）介質(zhì)適用范圍及安全性

介質(zhì)的可測性：科氏質(zhì)量流量計(jì)可測量流體范圍比較廣，但也有一些場合不適合直接選用。例如團(tuán)狀流流量（氣體在液體流體中以氣體團(tuán)狀混合在一起）、脈動流流量（低速柱塞泵輸送的流體）等。在這些場合需要采用質(zhì)量流量計(jì)時必須采取相應(yīng)的輔助措施。

介質(zhì)的腐蝕性：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格質(zhì)量流量計(jì)傳感器振管材質(zhì)為 316L 不銹鋼，外殼為 304 不銹鋼。選用時必須確認(rèn)傳感器材質(zhì)（尤其是振管材質(zhì)）對介質(zhì)測量良好的防腐蝕能力。若上述材質(zhì)不合適，應(yīng)選用防腐型傳感器。

介質(zhì)溫度、儀表耐壓等級：標(biāo)準(zhǔn)型號傳感器介質(zhì)適用溫度范圍為-50～200℃、耐壓為 4MPa，當(dāng)使用條件超出此范圍時必須選用特殊規(guī)格傳感器。

環(huán)境使用條件：流量計(jì)技術(shù)手冊標(biāo)明了傳感器及轉(zhuǎn)換器的使用環(huán)境溫度條件。當(dāng)超出規(guī)定條件使用時儀表可能出現(xiàn)不能正常顯示等現(xiàn)象，在高寒地區(qū)室外安裝使用時、在高溫環(huán)境使用時必須注意這一點(diǎn)，并采取相應(yīng)的措施。

防爆及防護(hù)性能：我公司產(chǎn)品轉(zhuǎn)換器的防爆標(biāo)準(zhǔn)是隔爆型，而傳感器的防爆標(biāo)準(zhǔn)是安全火花型的，選用時應(yīng)注意防爆標(biāo)記是否適合使用環(huán)境防爆等級需要。轉(zhuǎn)換器的防護(hù)等級為 IP67，一般可在室外直接安裝使用，當(dāng)經(jīng)常濕淋時應(yīng)采取相應(yīng)的措施。

（2）流量測量參數(shù)的合理性

流量計(jì)測量范圍的覆蓋性：能夠覆蓋整個流量測量范圍是儀表安全運(yùn)行的需要。必須避免一味追求測量精度而選用較小的量程范圍而可能出現(xiàn)超出量程的測量出現(xiàn)。較佳測量范圍的使用及儀表使用準(zhǔn)確度：質(zhì)量流量計(jì)的正常測量范圍選用在標(biāo)準(zhǔn)量程的1/3 至 2/3 比較合適。此時不僅能保證基本測量準(zhǔn)確度，而且壓力損失也比較小。使用在過小的量程范圍可能會引起實(shí)際測量準(zhǔn)確度的下降，而選用在上限的量程使用時可能會引起壓力損失的增大。

（3）允許壓力損失的考慮

儀表選用時必須考慮儀表壓力損失在合理范圍之內(nèi)（尤其是縮徑選用傳感器時），過大的壓力損失會浪費(fèi)能源，一味地追求減小壓力損失，可能會增大測量誤差。量程參數(shù)表中給出了標(biāo)準(zhǔn)量程及上限的量程，我們建議用戶選用一般應(yīng)選用量程在標(biāo)準(zhǔn)量程范圍之內(nèi)。

（4）流量計(jì)的維護(hù)性及其他相關(guān)因素

這里包括儀表的安裝、維護(hù)的方便性因素；儀表電源的適配性；信號輸送及監(jiān)控的需要等。

二、流量計(jì)的安裝

（1）流量計(jì)安裝的基本要求

質(zhì)量流量計(jì)傳感器安裝應(yīng)使傳感器流向標(biāo)識與流體流向一致；科氏質(zhì)量流量計(jì)是根據(jù)測量管振動原理測量的流量儀表，因此傳感器安裝時應(yīng)考慮相關(guān)管路做堅(jiān)固的支撐，避免儀表及相關(guān)管路產(chǎn)生震動；若強(qiáng)烈的管道振動不可避免時，建議用柔性管將管道系統(tǒng)與儀表傳感器隔離；安裝時連接法蘭面應(yīng)相互平行，使兩個法蘭的中心位于同一軸線，避免產(chǎn)生附加應(yīng)力；測量液體流量時應(yīng)盡可能使流體流向從下至上，同時應(yīng)避免儀表安裝在管路最高處，防止管路氣體聚集影響儀表的正常工作。

（2）流量傳感器的安裝方向

流量傳感器的安裝基本原則是必須保證傳感器內(nèi)的振管在垂直狀態(tài)工作。流量計(jì)振管可以垂直向下安裝、也可以垂直向上安裝、或者旗式安裝或者斜向旗式安裝，但一定避免橫向安裝（此時振管不僅受到科氏力的作用，還要受到振管重力的作用，使測量不能正常進(jìn)行）。

常見故障排除表

 

　

三、流量計(jì)的運(yùn)行 

（1）流量計(jì)的零點(diǎn)調(diào)整 

流量計(jì)初始安裝時可能產(chǎn)生安裝應(yīng)力，此應(yīng)力可能使流量計(jì)零點(diǎn)發(fā)生變化，使測量產(chǎn)生 誤差。因此流量計(jì)初始安裝后必須檢查流量計(jì)零點(diǎn)。若零點(diǎn)發(fā)生變化應(yīng)進(jìn)行零點(diǎn)校正操作。

零點(diǎn)校正準(zhǔn)備工作包括：流量計(jì)預(yù)熱運(yùn)行，用被測介質(zhì)濕潤傳感器使其溫度接近正常工 作溫度；然后停止介質(zhì)流動（關(guān)閉流量計(jì)兩側(cè)閥門），確保傳感器處在滿管狀態(tài)；等待 3～5 分鐘，確保流體停止流動狀態(tài)；采取措施保證管路及傳感器處在靜止?fàn)顟B(tài)，防止管路振 動等影響正確的調(diào)零過程。 

按轉(zhuǎn)換器說明書零點(diǎn)校正操作的說明進(jìn)行零點(diǎn)校正操作，此時指示燈有顯示，表示正在 進(jìn)行零點(diǎn)校正（對零操作持續(xù)幾秒時間），直到狀態(tài)指示燈滅，儀表正常顯示，儀表對零結(jié)束， 此過程約需幾十秒時間。 

（2）流量計(jì)的使用維護(hù) 

質(zhì)量流量計(jì)由其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定使用中一般不需要特殊的維護(hù)。但是在一些特殊使用狀態(tài)下 應(yīng)采取適當(dāng)?shù)鼐S護(hù)措施，以保證流量計(jì)的準(zhǔn)確可靠運(yùn)行。例如： 流體內(nèi)有顆粒物有可能積存在振管內(nèi)時，應(yīng)定期檢查和排除，以免影響流量計(jì)的正常使用； 測量介質(zhì)有可能粘附在振管內(nèi)壁時，應(yīng)定期進(jìn)行吹掃以免影響流量計(jì)的正常使用； 測量介質(zhì)內(nèi)有顆粒物并有可能磨損振管時，應(yīng)及時檢查處理等等。 

（3）常見故障及處理

在安裝投用和使用過程中，如果發(fā)現(xiàn)流量計(jì)工作異常，應(yīng)判定故障原因。 故障原因可分成兩種：應(yīng)用問題和流量計(jì)系統(tǒng)問題。應(yīng)用問題較為復(fù)雜，如工藝、介質(zhì)狀 態(tài)變化等引起的測量波動誤差，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況分析，本章主要講述流量計(jì)系統(tǒng)故障原因和解決辦法。

對流量計(jì)的故障診斷，用戶可以借助面板上的 LED 指示燈和 LCD 顯示器，LED 指示燈的不 同顏色代表流量計(jì)的工作狀態(tài)，利于用戶察看工作狀態(tài)；LCD 顯示器能顯示變送器自診斷的報(bào) 警信息，利于用戶進(jìn)行判斷并定義故障。 2223 此外，在測試傳感器靜態(tài)電阻值和連接線纜時，會用到手持?jǐn)?shù)字萬用表。