質量流量計在氣液兩相測量中的應用分析

　　質量流量計在氣液兩相測量中的應用分析 

　　隨著社會的發展，人們的生活對流體的應用愈益廣泛，尤其是工業界越來越多的生產需要檢測和控制流體（包括氣體和液體等）的物理參數。本文分析了幾種典型流體的流量測量方法，并對科氏質量流量計基本原理和應用進行了闡述。

　　1常見流體的測量方法

　　1.1氣體流量的測量方法

　　需要測量流量的氣體種類繁多，其測量的儀器儀表也有很大的差別。以天然氣流量的測量為例：目前，國際天然氣貿易計量分為體積計量、質量計量和能量計量3種，工業發達國家質量計量和能量計量兩種方法都在使用，而我國目前基本上以體積計量為主。

　　1.2液體流量的測量方法

　　常見的液體有水、石油、液化氣體等。水流量的測量難度不高，不同原理的流量計大多數都可以測量水的容量，但也不是隨便裝一臺就肯定能用好的。這是因為水的潔凈程度不同，流體工況條件各異，流量測量的范圍就會出現懸殊；石油具有一定的黏稠度，因此不同黏度的石油產品所選擇的計量儀器不同，高黏度油品如原油、重油、渣油，為了便于輸送，往往被加熱到較高的溫度。流體中含有固態雜質，測量前還需要過濾；液化氣體屬于高飽和蒸氣壓液體，測量時必須考慮氣化的問題，因此使用的流量計也比較特殊，如渦街流量計、渦輪流量計、容積式流量計、科氏質量流量計等。

　　1.3氣液多相流體的測量方法

　　氣液兩相流體的流量測量從制造商的資料可看出，有幾種儀表可用來測量離散相濃度不高的兩相流體的流量，在實際應用中也有一些成功應用的實例，但目前使用的流量計都是在單相流動狀態下評定其測量性能，現在還沒有以單相流標定的流量計用來測量兩相流時系統變化的評定標準，因此這樣的應用究竟帶來多大的誤差還不很清楚，僅有一些零星的數據和一些定性的分析。常用的氣液兩相流量測量儀器有：電磁流量計、科氏力質量流量計、超聲流量計等。

　　1.4科氏質量流量計的測量原理

　　1.4.1科氏力的形成

　　由科氏加速度作用產生科氏力。該加速度是法國工程師科里奧利斯在研究水輪機的機械理論時發現的。科氏力，是對旋轉體系中進行直線運動的質點由于慣性相對于旋轉體系產生的直線運動的偏移的一種描述，科里奧利力來自于物體運動所具有的慣性。

　　在旋轉體系中進行直線運動的質點，由于慣性，有沿著原有運動方向繼續運動的趨勢，但是由于體系本身是旋轉的，在經歷了一段時間的運動之后，體系中質點的位置會有所變化，而它原有的運動趨勢的方向，如果以旋轉體系的視角去觀察，就會發生一定程度的偏離。

　　當一個質點相對于慣性系做直線運動時，相對于旋轉體系，其軌跡是一條曲線。立足于旋轉體系，我們認為有一個力驅使質點運動軌跡形成曲線， 這個力就是科里奧利力。

　　科里奧利力的計算公式為：

　　式中F為科里奧利力；m為質點的質量；Vr為相對于靜止參考系質點的運動速度（矢量）；ω為旋轉體系的角速度（矢量）；×表示兩個向量的外積符號。

　　1.4.2彎管流量計的原理

　　原理上，當被測介質通過振動的測量管道時，科氏力能直接用于質量流量的測量。測量管道經常呈U形如圖所示。管道用剛性固定件支撐，并經激勵器E沿A-A'軸產生振動，形成沿該軸的一個旋轉參考系統。如果在入口段觀察一小團流體，那么它的質量元流出固定端。該質量元隨管道半徑逐漸增大而作圓弧軌跡運動。當彎管向上運動時，形成一個方向朝下的科氏力。同時，觀察出口段的狀態，質量元流入固定端。同樣產生一個方向朝上的科氏力。由于對稱的配置在兩邊呈現出相同數值但不同符號的科氏力。在流體流動時，由于力矩的作用，導致測量管道沿B-B'軸產生一個附加的扭曲運動。在入口段和出口段分別安裝傳感器S1和S2檢測管道沿A-A'和 B-B'軸的位移量。信號過零點的時間差事管道扭曲的檢測量，它與通過管道的質量流量成正比。