1、質 量 流 量 計 培 訓1 為什么要測量質量流量?溫度變化體積1 體積 2質量 1 = 質量 2質量 1體積 1質量2體積 22質量流量計的分類1.科里奧利式質量流量計 這種流量計是利用流體在振管內產生的科氏力，采用直接測量科氏力的方法得到流體質量流量。2.量熱式質量流量計（熱式質量流量計） 這種流量計是在流體管壁外設置熱源，利用流動氣體傳遞的熱量與質量的關系，在其上下游產生溫度變化而得到氣體的質量流量。3.沖量式質量流量計 這種流量計是利用物料流體在一定的高度下落的沖量產生的力，采用直接測力方法而得到流體質量流量。3熱式質量流量計 熱式質量流量計（以下簡稱TME）是利用傳熱原理，即流動中的

2、流體與熱源（流體中加熱的物體或測量管外加熱體）之間熱量交換關系來測量流量的儀表，過去我國習稱量熱式流量計，采用這種原理有兩種實現方法：一是恒功率法，二是恒溫差法。當前主要用于測量氣體。 4恒溫差法原理流速傳感器的溫度高于感溫傳感器一定溫度T。當氣體流經流速傳感器時，產生熱量擴散，這樣電路單元提供相應的能量使兩個傳感器溫差維持恒定溫度T ，電路單元提供的能量與電流成比例關系，通過輸出電信號可測出流量。5恒溫差法原理參比RTD測量氣體溫度電子單元給加熱探頭持續(xù)提供能量通過電子單元調解，保持恒溫差隨著質量流量的增加，氣體分子將熱量擴散開來。6恒溫差法原理電子單元感應T的減少并且增加能量以維持恒溫差T

3、隨著質量流量的減少，電子單元減少對加熱探頭的能量供應。對加熱探頭的總能量正比于質量流量，微處理器是輸出信號線性。7恒功率法原理傳感器元件包括兩個熱電阻，其中一個是感溫電阻，另一個為加熱電阻（溫度高于感溫電阻），當無流量時，兩個電阻的溫差最大，當有流量時，加熱電阻溫度降低，兩個電阻溫差減少，由于兩個RTD之間的溫差與過程流速及過程介質有關，從而與流體的流量有關，因此，當有流量時，產生溫差.8恒功率法原理參比RTD測量流體溫度電子單元使加熱元件以恒功率加熱，在沒有流體時溫度較高，有流體時溫度較低9恒功率法原理當質量流量增加，流體分子冷卻加熱單元非參比RTD測量溫度降低電子單元轉換為流量信號恒功率技

4、術10熱式質量流量計缺點熱式質量流量計響應慢。被測量氣體組分變化較大的場所，因cp值和熱導率變化，測量值會有較大變化而產生誤差。對小流量而言，儀表會給被測氣體帶來相當熱量。對于熱分布式TMF，被測氣體若在管壁沉積垢層影響測量值，必須定期清洗；對細管型儀表更有易堵塞的缺點，一般情況下不能使用。對脈動流在使用上將受到限制。液體用TMF對于粘性液體在使用上亦受到限制。 11熱式質量流量計優(yōu)點熱分布式TMF可測量低流速（氣體0.022m/s）微小流量；浸入式TMF可測量低中偏高流速(氣體260m/s)，插入式TMF更適合于大管徑。TMF無活動部件，無分流管的熱分布式儀表無阻流件，壓力損失很小；帶分流管

5、的熱分布式儀表和浸入性儀表，雖在測量管道中置有阻流件，但壓力損失也不大。TMF使用性能相對可靠。與推導式質量流量儀表相比，不需溫度傳感器，壓力傳感器和計算單元等，僅有流量傳感器，組成簡單，出現故障概率小。熱分布式儀表用于H2 、N2 、O2、CO 、NO等接近理想氣體的雙原子氣體，不必用這些氣體專門標定，直接就用空氣標定的儀表，實驗證明差別僅2%左右；用于Ar、He等單原子氣體則乘系數1.4即可；用于其他氣體可用比熱容換算，但偏差可能稍大些。氣體的比熱容會隨著壓力溫度而變，但在所使用的溫度壓力附近不大的變化可視為常數。12科里奧利力簡介m=質點 w=角速度v=徑向速度Fc=科里奧利力V = 0

6、V 0Fc = -2m v wFcFc視頻一視頻二13科里奧利力簡介w=角速度Fc=科里奧利力=相位差A,B=相位傳感器y=振幅t=時間 Fc m14驅動線圈熱電阻 (RTD)檢測線圈流量管連接管線連接傳感器和變送器，提供電源，信號通訊變送器對檢測線圈傳輸來的信號進行處理科里奧利質量流量計的工作原理15 在雙管型質量流量計當中，入口處的分流管把流入的介質均等地一分為二，送到兩根測量管中，這樣保證了100%的介質流經測量管 兩根測量管由于驅動線圈的作用，產生以支點為軸的相對震動。當測量管中有流量時，產生如圖所示的科里奧利現象。科里奧利質量流量計的工作原理16在每個流量管上，均有一組磁鐵 / 線圈

7、組，我們稱之為入口檢測線圈和出口檢測線圈。由于相對振動，線圈在磁鐵的磁場做切割磁力線的運動，在內部回路產生交流電信號。該信號能準確地反映線圈組間的相對位移和相對速度。通過監(jiān)測該交流信號，我們可判斷測量管的運行狀態(tài)。Theory - 3內部結構17TimemV無流量TimemV低流量TimemV高流量在沒有流量的情況下，入口和出口處檢測線圈監(jiān)測到的交流電信號是同相位的。當有流量的時候，由于科里奧利作用，流量管產生扭曲，兩端的檢測線圈輸出的交流電信號存在相位差。流量越大，相位差就越大，而且其相位差 T 與流量的大小成正比關系。這樣，可以利用 T 作為質量流量的標定系數，即可以用T 來表示每秒有多少

8、克的流量流過Theory - 4質量流量檢測原理18密度測量原理mtfRmflfR= 諧振頻率mt= 測量管mfl= 流體質量fl= 流體密度c= 常數fR = (fl)19TimemVTimemV高密度低密度按照彈性模數的理論，彈簧所懸掛物體的質量和它振動的頻率成反比。這一概念引入到流量管的振動，整體質量（測量管和內部介質之和）越大，其振動頻率就越小。通過檢測已知密度（例如標準狀態(tài)下的水和空氣）的介質流經測量管時的頻率，可以得到密度與頻率之間的線性關系。然后通過振動頻率換算到密度Theory - 5密度測量原理20原理總結D=相位差m=質量流量 = RTD 電阻fR=諧振頻率 =密度T=溫度

9、Dj mfR rWTWr21S形測量管質量流量計如圖所示，這種流量計的測量系統(tǒng)由兩根平行的S形測量管、驅動器和傳感器組成。管的兩端固定，管的中心部位裝有驅動器，使管子振動。在測量管對稱位置上裝有傳感器，在這兩點上測量振動管之間的相對位移。質量流量與這兩點測得的振蕩頻率的相位差成正比。22U形測量管質量流量計 電磁驅動系統(tǒng)以固定頻率驅動U形測量管振動，當流體被強制接受管子的垂直運動時，在前半個振動周期內，管子向上運動，測量管中流體在驅動點前產生一個向下壓的力，阻礙管子的向上運動，二在驅動點后產生向上的力，加速管子向上運動。這兩個力的合成，使得測量管發(fā)生扭曲；在振動的另外半周期內，扭曲方向則相反。

10、 23U形測量管質量流量計測量管扭曲的程度，與流體流過測量管的值來質量流量成正比，在驅動點兩側的測量管上安裝電磁感應器，以測量其運動的相位差，這一相位差直接正比于流過的質量流量。 在雙U形測量管結構中，兩根測量管的振動方向相反，使得測量管扭曲相位相差180度，如圖所示。相對單測量管型來說，雙管型的檢測信號有所放大，流通能力也有所提高。 24J形管質量流量計 當測量管中的流體以一定速度流動時，由于振動的存在使得測量管中的流體產生一個科氏力效應。此科氏力作用在測量管上，但在上下兩支管上所產生的科氏力的方向不同，管的直管部分產生不同的附加運動，即產生一個相對位移的相位差。 25 B形管質量流量計 流

11、量測量系統(tǒng)由兩個相互平行的B形管組成。被測流體經過分流器被均勻送入兩根B形測量管中，驅動裝置安裝在兩管之間的中心位置，以某一穩(wěn)定的諧波頻率驅動測量管振動。在測量管產生向外運動時，如圖所示，直管部分被相互推離開，在驅動器的作用下回路L1和L1相互靠近，同樣回路L2和L2也相互靠近。由于每個回路都由一端固定在流量計主體上，旋轉運動在端區(qū)被抑制因而集中在節(jié)點附近。 26單直管形質量流量計 當測量管中流體以速度V在管中流動時，由于受到C點振動力的影響（此時的振動力是向上的），流體質點從A點運動到C點時被加速，質點產生反作用力F1，使管子向上運動速度減慢；而在C點到B點之間，流體質點被減速，使管子向上的

12、運動速度加快。結果在C點兩邊的這兩個方向相反的力使管子產生一個變形，這個變形的相位差與測管中流體流過的質量流量成正比。 27 雙直管形質量流量計 相對單直管來說雙直管形可減少壓力損失，增大傳感器感受信號，其實際中的結構如圖所示，驅動器安放與中心位置，兩個光電傳感器只與中心兩側對稱位置上，其中測量管受軸向力的影響很小。當流體不流動時，光電傳感器受到的管子所產生的位移的相位是相同的；當流體介質流過兩根振動的測量管時，便產生了科里奧利力，這個力使測量管的振點兩邊發(fā)生相反的位移，振點之前的測管中流體介質使管子振蕩衰減，即管子位移速度減慢；振點之后的測管中流體介質使振蕩加強，即管子位移速度加快。通過光電

13、傳感器，測得兩端的相位差，這個相位差在振蕩頻率一定時正比與測管中的質量流量。 28形測量管質量流量計 當管子分開時，在振點前的流體中產生的科里奧利力與振動力方向相反，減慢管子的運動速度；而在振點之后管中流體產生的科氏力與振動方向相同，加快管子的運動速度。當驅動器使管子靠近時，則產生相反的結果。在A、B兩點的傳感器可測的兩處管字運動的相位差，由此可得到流過測管中流體的質量流量。 29雙環(huán)形測量管質量流量計 當測管中流體不流動時，振動力使管子產生的變形，在中間點兩邊是一樣的，傳感器處的兩測點上，測得的振動位移的相位差為零，當測管中流體流動時，在振幅最大點之前，流體質點由于受到科氏力的作用產生一個與

14、振動方向相反的作用力，而在這點之后產生一個與振動方向相同的作用力，由于在同一時刻兩根測量管所受到的作用力大小相等，方向相反，因此反映在兩傳感器處測點上管子的運動速度得到增大或減小，測量這兩點的相位差就可得到通過測量管流體的質量流量。 30質量流量計優(yōu)點直接測量質量流量，有很高的測量精確度。可測量流體范圍廣泛，包括高粘度液的各種液體、含有固形物的漿液、含有微量氣體的液體、有足夠密度的中高壓氣體。測量管的振動幅小，可視作非活動件，測量管路內無阻礙件和活動件。對應對迎流流速分布不敏感，因而無上下游直管段要求。測量值對流體粘度不敏感，流體密度變化對測量值得值的影響微小。可做多參數測量，如同期測量密度，

15、并由此派生出測量溶液中溶質所含的濃度。31質量流量計缺點零點不穩(wěn)定形成零點漂移，影響其精確度的進一步提高，使得許多型號儀表只得采用將總誤差分為基本誤差和零點不穩(wěn)定度量兩部分。測量低密度介質和低壓氣體誤差大；液體中含氣量超過某一限制（按型號而異）會顯著著影響測量值。對外界振動干擾較為敏感，為防止管道振動影響，大部分型號的流量傳感器安裝固定要求較高。不能用于較大管徑，目前尚局限于300mm以下。測量管內壁磨損腐蝕或沉積結垢會影響測量精確度，尤其對薄壁管測量管的更為顯著。部分產品壓力損失較大，與容積式儀表相當，有些型號甚至比容積式儀表大100%。大部分型號CMF重量和體積較大。價格昂貴。國外價格50

16、00 10000美元一套，約為同口徑電磁流量計的2 5倍；國內價格約為電磁流量計的2 8倍。絕大部分產品采用四線制，耗電功率大32質量流量計安裝的注意事項1.由于質量流量計是靠流體流經管線時產生振動的科里奧利原理來達到測量目的，因此質量流量計的安裝狀態(tài)應該是無應力狀態(tài)，流量計安裝應與管線在同一軸線上，而且應在質量流量計傳感器附近做支撐，絕不能用傳感器來支撐管道，這樣可以消除振動，減少誤差。2.選擇的安裝地點應遠離大變壓器或電機，因為傳感器與變送器之間連接的電纜被諸如馬達等發(fā)射的電磁場覆蓋或靠近，就會造成干擾，使讀數不準確而產生誤差。還有，安裝時要根據流體不同性質而選擇不同的安裝朝向，也就是要始

17、終保持傳感器管子里流體處于充滿狀態(tài)。33質量流量計安裝的注意事項 3.夾帶汽泡。用于液體流量測量時，當霧沫狀氣體含量超過15的體積含量時，質量流量計將停止工作。這些汽泡衰減了用以產生科氏力的流量管的振動，應將氣體消除在傳感器之前。如果難以實現，則盡量減少氣體含量(盡可能提高傳感器內的壓力)，以保證汽泡被均勻地分散為較小的汽泡(保持較高的液體流速)。當液體的壓力低于其蒸汽壓時，將產生汽泡。由流量管的幾何形狀和液體流動所引起的傳感器兩端的壓降能夠將液體的有效壓力降至其蒸汽壓力之下，管道液體中的氣體可對傳感器產生與霧沫汽泡相同的影響。傳感器尺寸一旦確定，即可計算出維持液體狀態(tài)所需的背壓。要將傳感器安

18、裝在能夠滿足所需背壓的場所。34質量流量計安裝的注意事項 4.沉淀物與懸浮物。質量流量計可以計算出兩種成分的溶液或漿料中一種成分的質量含量。準確的密度測量必須避免的情況是：沉淀物附著在測量管壁上或固體顆粒從懸浮液中沉淀出來(流速太低)。5.振動。雙管設計的推出大大減小但并沒完全消除共模振動對質量流量計的影響，由管線系統(tǒng)引入的外部振動能夠引起傳感器不期望的振動方式。如果外部振動頻率等于或接近傳感器驅動系統(tǒng)的頻率，則會干擾儀表的驅動控制系統(tǒng)，引起流量管振動不穩(wěn)定或停振。35質量流量計安裝的注意事項6.危險場所的安裝。如需將儀表安裝在易爆場所，首先要注意儀表是否是本質安全型儀表，而且要根據現場防爆等

19、級要求及儀表隨即證明文件，確定是否允許安裝。在安裝的過程用還應考慮，環(huán)境溫度對傳感器、變送器、電纜等相關元件的影響。室外安裝時考慮防水，分體式質量流量計考慮專用電纜的長度（具體參照相應產品說明書）。7.流場分步從優(yōu)原則，從原理上講，科氏力質量流量計不受流場分布的影響，無需前后直管段。而在實際現場應用，并不是所有類型的流量計都不受流場分布的影響。盡管科氏力質量流量計對流場分布的要求確實不高，但對雙振動管型科氏力質量流量計來說，在流場變化過于劇烈時，有可能造成測量不準確。36質量流量計安裝的注意事項8.其它注意事項。除以上幾點要著重考慮之外，當選擇安裝場所時，還應遵循以下原則：當用科氏力式質量流量

20、計測量液體介質，特別是易汽化的液體或含有少量氣體的液體介質時，應把流量傳感器安裝在管道的較低處，而不要將傳感器安裝在管道的最高處，以防止夾雜的氣體在測量管中聚集而導致測量誤差；當用科氏力式質量流量計側臉氣體介質，特別是非干燥氣體或在高壓下易液化的氣體介質時，應把流量傳感器安裝在管道的較高處，而不要將傳感器安裝在管道的最低處，以免液體在測量管中聚集而影像測量的準確度。此外，有條件的話，還應考慮流量計安裝，日常維護及拆卸的方便。譬如，要將流量計安裝在蒸汽吹掃管線的下游，而且注意不要將傳感器裝的太高，也不要裝在周圍管線多而復雜的地方。這些做法，都會為流量計的安裝和日常維護提供方便。37傳感器安裝方式

21、的選擇傳感器的安裝一般分為垂直安裝與水平安裝兩種方式。傳感器的安裝方式應依據被測流體的類型及傳感器自身結構及選擇。1.垂直安裝垂直安裝是指在垂直管線上安裝傳感器，這種安裝方式也被稱為“旗式安裝”。對直管型流量計和裝卸計量的應用場合，垂直安裝是一種得到推薦較多的安裝形式。在一定條件下，也可用于彎管型流量傳感器的安裝。38傳感器安裝方式的選擇1.1直管型傳感器當傳感器的測量管為直管型時，無論測量什么介質，垂直安裝方式都可以被采用。而當測量液體漿料時，這個安裝方式最好，因為它可以避免固體微粒在傳感器內積聚，面氣體和油性物質又可以上升浮出測量管。如果工藝管線需用氣體或蒸汽清掃，這樣安裝還可以便于清掃。

22、在采用這種安裝方式測量液體介質時，最理想的安裝部位應選擇在上升垂直管道的最下段部位，這樣有利于獲得靜壓，保持零點的穩(wěn)定性。為了防止梯流（噴流），應利用泵將工藝過程中的液體自下而上輸送通過傳感器。出于同樣的考慮，當測量介質為氣體時，應將介質自上而下輸送通過傳感器。在液態(tài)介質需要流動方向向下的場合時，如果傳感器后面直接地連接著暢通的出口，在比傳感器低的橫截面上裝一節(jié)流孔可以防止傳感器空運轉。在裝卸料計量應用時，與其他安裝方式相比，“旗式”安裝方式也是比較好的。在這種應用中，若在傳感器下游安裝一個止回閥，還可防止液體倒流回傳感器中，從而可以防止在裝、卸料期間被兩次測量。止回閥裝的離傳感器越近越好。39傳感器安裝方式的選擇1.2彎管型傳感器當穿管器的測量管是彎管型時，情況相對復雜些，一般可大致分為兩種類型。其一，測量管是“U”型的，可參照直管型處理；其二，測量管“”型或三角型等其他彎曲形式的，出S形測量管外，在測量非干燥氣體、含有少量氣體的液體以及含有固體顆粒的漿液時都不推薦采用“旗式”安裝。因為當測量含有固體顆粒的漿液時，若采用“旗式”安裝，固體顆粒容易沉積在穿管器測量管的下部。而當測量含有少量氣體的液體介質時，采用“旗式”安裝方式，氣泡可能會聚積在穿管器測