質(zhì)量流量計工作原理

1、質(zhì)量流量計工作原理質(zhì)量流量計工作原理流體的體積是流體溫度、 壓力和密度的函數(shù)。 在工業(yè)生產(chǎn)和科學 研究中，僅測量體積流量是不夠的，由于產(chǎn)品質(zhì)量控制、物料配比測 定、成本核算以及生產(chǎn)過程自動調(diào)節(jié)等許多應用場合的需要， 還必須 了解流體的質(zhì)量流量。質(zhì)量流量計的測量方法， 可分為間接測量和直接測量兩類。 間接 式測量方法通過測量體積流量和流體密度經(jīng)計算得出質(zhì)量流量， 這種 方式又稱為推導式； 直接式測量方法則由檢測元件直接檢測出流體的 質(zhì)量流量。1間接式質(zhì)量流量計間接式質(zhì)量流量測量方法， 一般是采用體積流量計和密度計或兩 個不同類型的體積流量計組合， 實現(xiàn)質(zhì)量流量的測量。 常見的組合方 式主要有 3

2、 種。1）節(jié)流式流量計與密度計的組合由前述知，節(jié)流式流量計的差壓信號正比于，如圖 1 所示，密度 計連續(xù)測量出流體的密度， 將兩儀表的輸出信號送入運算器進行必要 運算處理，即可求出質(zhì)量流量為1-1)靶式流量計的輸出信號與也 xx 關系，故同樣可按上述方法與密 度計組合構成質(zhì)量流量計。 密度計可采用同位素、 超聲波或振動管式 等連續(xù)測量密度的儀表。羞壓計圖1節(jié)流式流量計與密度計組合(2)體積流量計與密度計的組合如圖2所示，容積式流量計或速度式流量計，如渦輪流量計、電 磁流量計等，測得的輸出信號與流體體積流量 xx，這類流量計與密 度計組合，通過乘法運算，即可求出質(zhì)量流量為(1-2)(3)體積流量

3、計與體積流量計的組合如圖3所示，這種質(zhì)量流量檢測裝置通常由節(jié)流式流量計和容積式流量計或速度式流量計組成，它們的輸出信號分別正比于和通過除法運算，即可求出質(zhì)量流量為(1-3)圖 2 體積流量計和密度計組合圖 3 節(jié)流式流量計和其他體積流量 計組合除上述幾種組合式質(zhì)量流量計外， 在工業(yè)上還常采用溫度、 壓力 自動補償式質(zhì)量流量計。 由于流體密度是溫度和壓力的函數(shù)， 而連續(xù) 測量流體的溫度和壓力要比連續(xù)測量流體的密度容易， 因此，可以根 據(jù)已知被測流體密度與溫度和壓力之間的關系， 同時測量流體的體積 流量以及溫度和壓力值， 通過運算求得質(zhì)量流量或自動換算成標準狀 態(tài)下的體積流量。 但這種測量方式不適

4、合高壓或溫度變化范圍大的情 形，因為在此條件下自動補償檢測出來的溫度、壓力很困難。2直接式質(zhì)量流量計直接式質(zhì)量流量計的輸出信號直接反映質(zhì)量流量， 其測量不受流 體的溫度、壓力、密度變化的影響。 直接式質(zhì)量流量計有許多種形式。（ 1）熱式質(zhì)量流量計熱式質(zhì)量流量計的基本原理是利用外部熱源對管道內(nèi)的被測流 體加熱，熱能隨流體一起流動， 通過測量因流體流動而造成的熱量 （溫 度）變化來反映出流體的質(zhì)量流量。如圖 4 所示，在管道中安裝一個加熱器對流體加熱，并在加熱器 前后的對稱點上檢測溫度。 設為流體的定壓比熱， 為測得的兩點溫度 差，則根據(jù)傳熱規(guī)律， 對流體的加熱功率與兩點間溫差的關系可表示 為（1

5、-4）由上式可寫出質(zhì)量流量的方程式(1-5 )加熱器流體A熬電偶功率表圖4熱式質(zhì)量流量計結(jié)構示意圖當流體成分確定時，流體的定壓比熱為已知常數(shù)。因此由上式可 知，若保持加熱功率恒定，則測出溫差便可求出質(zhì)量流量；若采用恒 定溫差法，即保持兩點溫差不變，則通過測量加熱的功率也可以求出 質(zhì)量流量。由于恒定溫差法較為簡單、易實現(xiàn)，所以實際應用較多。 這種流量計多用于較大氣體流量的測量。為避免測溫和加熱元件因與被測流體直接接觸而被流體玷污和 腐蝕，可采用非接觸式測量方法，即將加熱器和測溫元件安裝在薄壁 管外部，而流體由薄壁管內(nèi)部通過。非接觸式測量方法，適用于小口 徑管道的微小流量測量。當用于大流量測量時，

6、可采用分流的方法， 即僅測量分流部分流量，再求得總流量，以擴大量程范圍。圖5為熱式質(zhì)量流量計的外觀圖圖5熱式質(zhì)量流量計外觀圖（2）差壓式質(zhì)量流量計差壓式質(zhì)量流量計是以馬格努斯效應為基礎的流量計， 實際應用 中利用孔板和定量泵組合實現(xiàn)質(zhì)量流量測量。 常見的有雙孔板和四孔 板與定量泵組合兩種結(jié)構。雙孔板結(jié)構形式如圖6所示，在主管道上安裝結(jié)構和尺寸完全相 同的兩個孔板A和B,在分流管道上裝置兩個流向相反、流量固定為 的定量泵，差壓計連接在孔板Axx和孔板B出口處。設主管道體積流 量為，且滿足，則由圖可知，流經(jīng)孔板 A的體積流量，流經(jīng)孔板B的 流量為，根據(jù)差壓式流量測量原理，孔板 A和B處壓差分別為（

7、1-6）（1-7）式中，為常數(shù)；為流體的密度。由上式可得（1-8 ）可見，孔板A、B前后的壓差與流體質(zhì)量流量xx，測出壓差便可 以求出流體質(zhì)量流量。圖6雙孔板差壓式質(zhì)量流量計結(jié)構原理圖由于雙孔板質(zhì)量流量計的定量泵流量必須大于主管道流量，并且要用兩個定量泵，在主管道流量較大時比較困難。因此，提出采用一 個定量泵和四個孔板組合的改進方案。 如圖7所示，從主管道流入的 流量分成兩路，并在支路安裝相同的孔板 A、C和B D,兩個支路間 安裝一個定量泵，流量為。設流過孔板A的體積流量為，流過孔板B C D的體積流量如圖7xx所示。用與上述計算相同的方法，在時， 可求出如下關系（1-9）如果，則變成如下關

8、系（1-10）可見，四孔板與定量泵組合結(jié)構不論或均可測量。這種測量方法，適于測量液體的質(zhì)量流量，測量范圍為0.5250 kg/h，量程比為20: 1,測量準確度可達0.5 %。圖7四孔板差壓式質(zhì)量流量計結(jié)構原理圖（3）科里奧利質(zhì)量流量計科里奧利質(zhì)量流量計（簡稱xx流量計）是一種利用流體在振動 XX流動而產(chǎn)生與質(zhì)量流量xx的科里xx的原理來直接測量質(zhì)量流量 的儀表。xx流量計結(jié)構有多種形式，一般由振動管與轉(zhuǎn)換器組成。振動 管（測量管道）是敏感器件，有 U形、Q形、環(huán)形、直管形及螺旋 形等幾種形狀，也有用雙管等方式，但基本原理相同。下面以U形管式的質(zhì)量流量計為例介紹。圖8 xx流量計測量原理圖8所

9、示為U形管式xx流量計的測量原理示意圖。U形管的兩 個開口端固定，流體由此流入和流出。U形管頂端裝有電磁激振裝置， 用于驅(qū)動U形管，使其鉛垂直于U形管所在平面的方向以0-0為軸按 固有頻率振動。U形管的振動迫使xx流體在沿管道流動的同時又隨 管道作垂直運動，此時流體將受到 xx的作用，同時流體以反作用力 作用于U形管。由于流體在U形管兩側(cè)的流動方向相反，所以作用于 U形管兩側(cè)的xx大小相等方向相反，從而使 U形管受到一個力矩的 作用，管端繞F R軸扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，該變形量的大小與通過 流量計的質(zhì)量流量具有確定的關系。因此，測得這個變形量，即可測 得管內(nèi)流體的質(zhì)量流量。設U形管內(nèi)流體流速為，

10、U形管的振動可視為繞0-0為軸的瞬時轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角速度為若流體質(zhì)量為，則其上所作用的xx為(1-11)式中，、均為矢量，是按正弦規(guī)律變化的U形管所受扭力矩為(1-12)式中，為U形管跨度半徑。因為質(zhì)量流量和流速可分別寫為：，式中為時間，則上式可寫 為（ 1-13 ）設U型管的扭轉(zhuǎn)彈性模量為，在扭力矩作用下，U型管產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角為。故有（ 1-14 ）因此，由上兩式得（ 1-15 ）U型管在振動過程中，角是不斷變化的，并在管端越過振動中心 位置 Z-Z 時達到最大。若流量穩(wěn)定，則此最大角是不變的。由于角的 存在，兩直管端、將不能同時越過中心位置 Z-Z，而存在時間差。由 于角很小，設管端在振動中心位置時的振動速度為，（），則（1-16）從而（1-17）將上式代入式（ 1-15 ），得（1-18）對于確定的流量計，式中的和是已知的，故質(zhì)量流量與時間差xx