《科里奥利质量流量计：原理、结构与应用》
一、引言
在现代工业生产和科学研究中，精确测量流体的质量流量至关重要。科里奥利质量流量计（Coriolis Mass Flowmeter）作为一种高精度的流量测量仪器，被广泛应用于石油、化工、食品、制药等多个行业。它基于科里奥利力原理，能够直接测量流体的质量流量，而不受流体的温度、压力、粘度等物理性质的影响。
二、原理
1. 科里奥利力的产生
- 科里奥利力是一种在旋转参照系中产生的惯性力。当一个质点相对于一个旋转参照系做直线运动时，在旋转参照系中观察，该质点会受到一个垂直于其运动方向和旋转轴方向的力，这就是科里奥利力。
- 科里奥利力的大小可以用公式F = 2mv\times\omega来表示，其中m是质点的质量，v是质点相对于旋转参照系的速度，\omega是旋转参照系的角速度。
2. 科里奥利质量流量计的测量原理
- 科里奥利质量流量计由一根或多根振动管组成。当流体流过振动管时，振动管会被驱动以固定频率振动。
- 根据科里奥利力原理，流体在振动管内流动时，会产生科里奥利力，导致振动管发生扭曲变形。
- 流体的质量流量与振动管的扭曲程度成正比。通过测量振动管的扭曲程度（通常通过安装在振动管上的传感器测量其相位差或频率变化），就可以计算出流体的质量流量。
三、结构
1. 传感器
- 传感器是科里奥利质量流量计的核心部件，它包括振动管、驱动器和检测元件。
- 振动管通常采用U形、Ω形或直形结构，其材质根据被测流体的性质选择，如不锈钢、哈氏合金等。
- 驱动器用于使振动管产生振动，常见的驱动方式有电磁驱动和压电驱动。
- 检测元件用于测量振动管的振动特性，如应变片、电容式传感器等，通过检测振动管的位移、相位差或频率变化来获取流量信息。
2. 变送器
- 变送器负责将传感器采集到的信号进行处理、放大和转换，将其变成标准的电信号（如4 - 20mA或数字信号）输出。
- 变送器内部通常包含信号调理电路、微处理器、存储器和通信接口等，能够实现流量测量、数据处理、故障诊断和通信等功能。
3. 外壳和连接部件
- 外壳起到保护传感器和变送器的作用，通常采用金属或工程塑料制成，具有良好的密封性和抗腐蚀性。
- 连接部件包括管道连接法兰或螺纹接口，用于将流量计与被测流体管道连接起来，确保流体能够顺畅地流入和流出流量计。
四、应用
1. 石油和天然气行业
- 在石油炼制过程中，科里奥利质量流量计用于精确测量原油、成品油（如汽油、柴油、润滑油等）的质量流量，确保生产过程的精确配料和产品质量控制。
- 在天然气输送和计量中，它可以测量天然气的质量流量，不受天然气压力、温度和组分变化的影响，保证贸易交接的公平和准确。
2. 化工行业
- 化工生产中，对于各种化工原料（如酸、碱、盐溶液、有机溶剂等）和产品（如塑料、橡胶、化肥等）的质量流量测量，科里奥利质量流量计能够提供高精度的测量结果，有助于优化生产工艺和提高产品质量。
3. 食品和饮料行业
- 在食品加工过程中，如牛奶、果汁、啤酒等液体食品的生产线上，科里奥利质量流量计用于精确计量原料的加入量和产品的包装量，保证产品质量的一致性和符合卫生标准。
4. 制药行业
- 制药行业对流量测量的精度和卫生要求极高，科里奥利质量流量计能够精确测量制药用水、药液和各种添加剂的质量流量，确保药品生产过程的精确控制和药品质量的稳定性。
五、优点
1. 高精度测量
- 科里奥利质量流量计能够直接测量流体的质量流量，测量精度高，一般可达±0.1% - ±0.5%，在一些高精度应用场合甚至更高。
2. 不受流体物理性质影响
- 其测量结果不受流体的温度、压力、粘度、密度等物理性质变化的影响，能够提供稳定可靠的测量数据。
3. 多参数测量能力
- 除了测量质量流量外，还可以同时测量流体的密度和温度，为生产过程控制和质量监测提供更多的参数信息。
4. 无活动部件
- 流量计内部没有活动部件，减少了机械磨损和故障概率，提高了设备的可靠性和使用寿命。
六、局限性
1. 成本较高
- 由于其高精度和复杂的技术结构，科里奥利质量流量计的制造成本和购买价格相对较高，在一些对成本敏感的应用场合可能受到限制。
2. 压力损失较大
- 流体流过振动管时会产生一定的压力损失，对于一些对压力损失要求严格的系统，需要综合考虑其适用性。
3. 对安装要求严格
- 安装时需要保证流量计的管道完全充满流体，并且避免管道振动和应力对流量计的影响，否则会影响测量精度。
七、结论
科里奥利质量流量计凭借其高精度、直接测量质量流量和不受流体物理性质影响等优点，在众多行业中得到了广泛应用。尽管存在成本高、压力损失大和安装要求严格等局限性，但随着技术的不断进步，这些问题正在逐步得到改善。在对流量测量精度和可靠性要求较高的场合，科里奥利质量流量计无疑是一种理想的选择
产品参数
被测介质: 液体，气体
测量直径:3mm~200mm
测量项目:质量流量、密度、温度、体积流量、%浓度
密度测量范围:0.2g/cm3~2.5g/cm3
介质温度:-200℃～+350℃
流量测量误差:液体0.15%R+Cz，0.2%R+Cz，气体0.5%R+Cz，1.0%R+Cz
密度测量误差:0.002g/cm3
温度测量误差:≤1℃
信号形式: 4～20mA，0~10KHZ,RS485，Hart
供电电源:24VDC
测量管材料:316L亦可按用户要求协商提供
防爆等级:ExdibIICT6，ExdIICT4
外壳防护等级:IP65,IP67
法兰标准: 国标GB/T系列标准，也可以根据用户要求加工。
a、流量传感器安装一般要求
由于测量管形状及结构设计的差异，安装要求亦千差万别，因此必须按照我厂规定的安装方法和趋避禁止事项，例如有些型号流量传感器直接连接到管道上即可，有些型号却要求设置支撑架或基础。为隔离管道振动影响仪表，有时候传感器与管道之间要介以柔性管连接，而柔性管与传感器之间又要一段有支撑件分别固定的刚性直管。选购之前应向我司索取安装使用说明书参照比较和选择。
安装设计时尽可能使其有长的使用寿命，为除去过早磨损和产生测量误差的固形物和夹杂气体，按流体和管道条件在传感器上游装过滤器或气体分离等保护装置。，若希望能在现场在线校准仪表，应考虑引流连接口和阀，以及相应的空间。
b、流量传感器安装姿势和位置
流量传感器测量管内残留固形物、结垢、潴留气体等均将影响测量精度。一般说装于自下而上流动的垂直管道较为理想；但对于非直形测量管质量流量计装在垂直管道还是水平管上。取决于管道振动状况和应用条件。安装位置必须使测量管内充满液体，例如水平管道上流体流过质量流量计后直接放如入容器而无背压，测量管往往不能充满，会使输出信号激烈波动。
C、截止阀和控制阀的安装
为使调零时没有流动，质量流量计上下游设置截止阀，并保证无泄漏。控制阀应装在质量流量计下游，质量流量计保持尽可能高的静压，以防止发生气蚀和闪蒸（fIashing）。
d、脉动和振动
为勿使流程中发生的和外部的机械振动影响质量流量计，向我厂询问所提供质量流量计的共振频率范围，以判断现场脉动或振动频率是否接近质量流量计的共振频率。亦可向我厂提供现场振动状况咨询是否需要采取下列措施，如:1）设置脉动衰减器，2）设置振动衰减器或柔性连接管，3）特殊的流量传感器的夹装固定设备，等等。
e、防止质量流量计间相互影响
同一型号两台质量流量计串联安装，或多台质量流量计接近地并行（或并联）安装，尤其装在同一支撑台架时，测量管振动会使各质量流量计间相互影响，产生干扰而引起异常振动，严重时使仪表无法工作。安装时应采取防范措施，如；向我厂提出错开接近仪表的共振频率值；拉开流量传感器距离，不设置在同一台架上，独立设置支撑架；流量传感器异方向安装；流量传感器间设置防振材料隔离等方法。
f、管道应力和扭曲
质量流量计法兰与管道法兰连接旋紧螺栓时要均匀，勿使质量流量计产生应力（例如管道两法兰平面不平行所致）。若在布设管道时预接入与质量流量计同样长度的短管，可防止不良布管形成的应力。在使用过程中由于工艺流程压力和温度变化，质量流量计会受到管线轴向力或弯曲/扭曲力。影响测量性能，要做好必要的固定支架。
g、强磨蚀性浆液的使用
测量强磨蚀性浆液最好选用直管单管型并且要使测量管处于垂直位置，以免管壁磨损不匀，缩短使用寿命。然而管壁厚度变薄会降低测量管刚性而改变流量测量值，因此在这种场所的运行期间要定期检测，确认使用周期。测量管内壁结构结垢或漂移沉积也会影响测量精确度，因此要定期清洗。
h、零点漂移和调零
零点漂移来自流量传感器部分，主要原因有；1）机械振动的非对称性和衰减；2）流体的密度粘度变化，影响前者的因素有；a) 管端固定应力的影响； b)振动管刚度的变化；c)双管谐振频率不一致性；d)管壁材料的内衰减。后者影响零位的原因是结构不平衡，因此即使在空管时将双管的谐振频率调整一致，到充满液体时可能产生零漂，同样因粘度引起的振动衰减与频率有关，在流动时亦可能产生零漂。
最后调零必须在安装现场进行，流量传感器排尽气体，充满待测流体后在再关闭传感器上下游阀门，在接近工作温度的条件下调零。安装方面变动或温度大幅度变化时需要重新调整。
安装
- 位置选择：远离大型电机、变频器等干扰源，防止电磁干扰影响测量准确性；同时避免安装在温度变化大、有强烈机械振动的地方。
- 管道布局：保证上下游有足够直管段，让流体稳定。按照流向标识安装，确保安装牢固，避免应力集中损坏流量计。
使用
- 流体性质匹配：确保流体特性在流量计的适用范围内，如密度、黏度、腐蚀性等。避免测量含大量气泡或固体颗粒的流体，否则需特殊处理。
- 操作规范：启动和停止时，缓慢调节流量，防止水锤冲击；运行中监测流体的温度、压力，不超规定范围。
维护
- 定期清洁：定期清理流量计，去除内部杂质、污垢，防止结垢影响测量精度。
- 校准检查：按规定周期校准，保证测量准确；日常巡检时，检查仪表外观、连接线路是否正常 。