Coriolis 流量計

Coriolis質量流量計是國際上80年代發展起來的一種新型的流量計量儀表。雖然起步較晚，卻是一種備受矚目的直接式質量流量計，已經廣泛套用到石油、化工、食品等多個行業。與其他流量計量儀表相比具有很多優點：能直接對質量流量和密度進行測量，精度高、重複性好、量程比寬；內部結構簡單、無活動部件；可測量其他流量計難以測量的含氣液體、含固體顆粒液體等；另外對流場不敏感，對被測流體的溫度、壓力、粘度、密度不敏感等等。

基本介紹

• 中文名：Coriolis 流量計
• 外文名：Coriolis Mass Flowmeter
• 簡稱：科氏質量流量計CMF
• 套用：石油、化工、食品等行業
• 優點：精度高、重複性好等
• 套用學科：冶金工程

基本信息

基於科里奧利效應(Coriolis effect)的諧振式直接質量流量計是一種同時可以直接測量流體介質的質量流量和密度的諧振式感測器，簡稱科氏質量流量計CMF( Coriolis Mass Flowmeter)。它包括諧振式科氏直接質量流量感測器和相應的檢測電路。諧振式科氏直接質量流量感測器簡稱科氏質量流量感測器，它是科氏質量流量計的關鍵部分。科氏質量流量計的檢測電路又稱二次表，它在科氏質量流量計中也發揮著重要的作用，是其多功能化、智慧型化實現的技術平台。

科氏質量流量計的研發始於20世紀50年代初，起初由於未能很好解決使流體在直線運動的同時還要處於旋轉系的實用性技術難題，一直未能實現達到工業推廣套用階段。直到20世紀70年代中期，美國的詹姆士·史密斯(James E．Smith)巧妙地將流體引入到處於諧振狀態的測量管中，發明了利用科氏效應將兩種運動結合起來的諧振式直接質量流量計。1977年美國的Rosemount公司研製成功世界上第一台這種原理的質量流量計。之後，許多儀器儀表技術領域的企業對該流量計進行了研發。

科氏質量流量計技術含量高、難度大，涉及材料、力學、機械、電子、磁、控制、計算機等多學科領域；其性能優、附加值高、市場套用廣泛且價值高，自問世後發展十分強勁。美國、德國、日本等國家都投入了大量的人力、物力、財力從事開發與套用工作，其中最具代表性的世界知名公司Rosemount、Krohne、E+H、Foxboro、Schlumberger、ABB等都研製出了相關的產品，並獲得了可觀的經濟效益。在這些公司中，美國的Rosemount作為科氏質量流量計研製的先驅，所推出的產品在原理、技術和性能上具有代表性。

國內對科氏質量流量計的研究始於1987年。經過20多年的發展，已有多家企業能夠生產不同型號、規格的科氏質量流量計。與國外相比，國產科氏質量流量計產品常用的一些型號上，主要技術指標已達到國外同期同類產品的水平。在管形多樣化、規格系列化、現場適應性、穩定性等方面，也開展了很好的自主研究工作，取得了一些研究成果。

近年來，隨著科學技術的發展與進步，基於科氏效應的直接質量流量計發展很快，相繼出現了一些新的熱點，如基於微機械電子系統MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)的矽微結構科氏質量流量計，用於檢測微流量；基於數位技術的智慧型化流量測試技術；基於高靈敏度檢測的氣體科氏質量流量計等。

分類

質量流量計發展以來，已有數14種系列品種，僅檢測管的形狀就有30餘種，所以種類較多，其主要區別在於流量感測器測量管結構上的設計創新；提高儀表精確度、穩定性、靈敏度等性能；增加測量管撓度，改變應力分布，降低疲勞損壞；加強抗干擾能力等。

這么多種類的檢測管，按測量管形狀可分為彎曲形和直形兩種，其中彎曲形又分U形、S形、Ω形、三角形等數十種。

按測量管數量分類可分為單管和艤管兩種類型．所以說質量流量計結構不統一，差別較大。

(1)直管形：直管形測量管不易積存氣體．便於清洗。垂直安裝測量漿液時，固體顆粒不易在暫停運行時沉積於測量管內。感測器尺寸小，重量輕，但管壁相對較薄，測量值受磨蝕、腐蝕影響大。容易受到應力影響，對安裝要求較高。

(2)彎管形：彎管形測量管的流量計系列比直管形測量管的流量計系列多，測量管設計盛彎曲形狀，一方面是為了在相同的科氏力下得到更大的原始信號(一般彎管的原始信號比直管大數倍)，另外一個目的是為了降低剛性。與直管形相比可以採用較厚的管壁，儀表性能受磨蝕、腐蝕影響較小，但易積存氣體和殘渣．引起附加誤差。

(3)單管型：初期開發的產品是單管式，因易受外界振動干擾影響，後期開發的多趨於雙管型，僅有少數小口徑流量計採用單管型。

(4)雙管型：雙管型可以降低外界振動干擾的敏感性，容易實現相位差的測量，為絕大多數型號流量計採用。

優缺點

科氏質量流量計的特點從其優缺點分析，它的主要優點有：

(1)直接測量質量流量，有很高的測量精確度。

(2)可測量流體範圍廣泛。包括高黏度液的各種液體、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。

(3)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。

(4)對流速分布不敏感，因而無上下游直管段要求。

(5)測量值對流體黏度、溫度不敏感。

(6)可做多參數測量，主測量參量是質量流量。第二測量參量是流體密度，還有附加測量流體溫度。還可由質量流量和流體密度派生出測量雙組分溶液中溶質的濃度。

科氏質量流量計的主要缺點有：

(1)零點不穩定，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採用將總誤差分為基本誤差和零點不穩定度量兩部分。

(2)不能用於測量低密度介質和低壓氣體；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。

(3)對外界振動干擾較為敏感，為防止管道振動影響，大部分型號流量感測器安裝固定要求較高。

(4)不能用於較大管徑，尚局限於150(200)mm以下。

(5)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CMF更為顯著。

(6)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一倍。

(7)大口徑流量計的重量和體積都較大。

(8)價格昂貴。約為同口徑電磁流量計的2～8倍。