质量流量计在气液两相测量中的应用分析

2014-10-15 10:43:15来源: newmaker 关键字:质量流量计  两相测量  气体流量
1 常见流体的测量方法

1.1 气体流量的测量方法

需要测量流量的气体种类繁多,其测量的仪器仪表也有很大的差别。以天然气流量的测量为例:目前,国际天然气贸易计量分为体积计量、质量计量和能量计量3种,工业发达国家质量计量和能量计量两种方法都在使用,而我国目前基本上以体积计量为主。

1.2 液体流量的测量方法

常见的液体有水、石油、液化气体等。水流量的测量难度不高,不同原理的流量计大多数都可以测量水的容量,但也不是随便装一台就肯定能用好的。这是因为水的洁净程度不同,流体工况条件各异,流量测量的范围就会出现悬殊;石油具有一定的黏稠度,因此不同黏度的石油产品所选择的计量仪器不同,高黏度油品如原油、重油、渣油,为了便于输送,往往被加热到较高的温度。流体中含有固态杂质,测量前还需要过滤;液化气体属于高饱和蒸气压液体,测量时必须考虑气化的问题,因此使用的流量计也比较特殊,如涡街流量计、涡轮流量计、容积式流量计、科氏质量流量计等。

1.3 气液多相流体的测量方法

气液两相流体的流量测量从制造商的资料可看出,有几种仪表可用来测量离散相浓度不高的两相流体的流量,在实际应用中也有一些成功应用的实例,但目前使用的流量计都是在单相流动状态下评定其测量性能,现在还没有以单相流标定的流量计用来测量两相流时系统变化的评定标准,因此这样的应用究竟带来多大的误差还不很清楚,仅有一些零星的数据和一些定性的分析。常用的气液两相流量测量仪器有:电磁流量计、科氏力质量流量计、超声流量计等。

1.4 科氏质量流量计的测量原理

1.4.1 科氏力的形成

由科氏加速度作用产生科氏力。该加速度是法国工程师科里奥利斯在研究水轮机的机械理论时发现的。科氏力,是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述,科里奥利力来自于物体运动所具有的惯性。

在旋转体系中进行直线运动的质点,由于惯性,有沿著原有运动方向继续运动的趋势,但是由于体系本身是旋转的,在经历了一段时间的运动之后,体系中质点的位置会有所变化,而它原有的运动趋势的方向,如果以旋转体系的视角去观察,就会发生一定程度的偏离。

当一个质点相对于惯性系做直线运动时,相对于旋转体系,其轨迹是一条曲线。立足于旋转体系,我们认为有一个力驱使质点运动轨迹形成曲线,这个力就是科里奥利力。

科里奥利力的计算公式为:F=2mVr×ω

式中F为科里奥利力;m为质点的质量;Vr为相对于静止参考系质点的运动速度(矢量);ω为旋转体系的角速度(矢量);×表示两个向量的外积符号(Vr×ω:大小等于v·ω·sinθ,,方向满足右手螺旋定则)。

1.4.2 弯管流量计的原理

原理上,当被测介质通过振动的测量管道时,科氏力能直接用于质量流量的测量。测量管道经常呈U形如图所示。管道用刚性固定件支撑,并经激励器E沿A-A\'轴产生振动,形成沿该轴的一个旋转参考系统。如果在入口段观察一小团流体,那么它的质量元流出固定端。该质量元随管道半径逐渐增大而作圆弧轨迹运动。当弯管向上运动时,形成一个方向朝下的科氏力。同时,观察出口段的状态,质量元流入固定端。同样产生一个方向朝上的科氏力。由B称的配置在两边呈现出相同数值但不同符号的科氏力。在流体流动时,由于力矩的作用,导致测量管道沿B-B\'轴产生一个附加的扭曲运B动。在入口段和出口段分别安装传感器S1和S2检测管道沿A-A\'和B-B\'轴的位移量。信号过零点的时间差事管道扭曲的检测量,它与通过管道的质量流量成正比。

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科氏质量流量计原理的结构

1.4.3 单直管流量计的测量原理

两端拉紧固定的测量管道是直径d和长度l的钛合金管。由安装在管道中间的振动装置以一阶模式方式产生振动。工作频率fB=ωB/2π接近于一阶频率。在传感器检测位置±z=±l/3处,振动幅度调整约为x±m(±z)。如果流体质量元m以速度v流过由角速度ω振动的管道,那么这质量元就会在管壁上产生科氏力,即FC=2mv×ω在管道的前后半段上,除了一阶谐振外,还产生作用力方形相反的二阶模式振动。一阶和二阶模式振动的叠加在时间上产生90°的相移。因此,当管道中存在质量流量时,测量管道产生摆动运动。
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编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/1015/article_9702.html
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