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羅斯蒙特質(zhì)量流量計(jì)工作原理
閱讀：2058 發(fā)布時(shí)間：2012-12-28羅斯蒙特質(zhì)量流量計(jì)廣泛應(yīng)用于石化等領(lǐng)域，是當(dāng)今世界上的流量測量儀表之一，在我廠主要產(chǎn)品如乙烯、丙烯和主要原料輕烴等的測量中使用可靠，精度高達(dá)1.7‰，為我廠的能源、物料的流量測量提高了準(zhǔn)確度，避免了不必要的損失，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
羅斯蒙特質(zhì)量流量測量原理
一臺羅斯蒙特質(zhì)量流量計(jì)的計(jì)量系統(tǒng)包括一臺傳感器和一臺用于信號處理的變送器。Rosemount質(zhì)量流量計(jì)依據(jù)牛頓第二定律：力=質(zhì)量×加速度（F=ma）
當(dāng)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)以速度V在對P軸作角速度ω旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動時(shí)，質(zhì)點(diǎn)受兩個分量的加速度及其力：
法向加速度，即向心加速度αr，其量值等于2ωr，朝向P軸；
切向角速度αt，即科里奧利加速度，其值等于2ωV，方向與αr垂直。由于復(fù)合運(yùn)動，在質(zhì)點(diǎn)的αt方向上作用著科里奧利力Fc=2ωVm，管道對質(zhì)點(diǎn)作用著一個反向力-Fc=-2ωVm。
當(dāng)密度為ρ的流體在旋轉(zhuǎn)管道中以恒定速度V流動時(shí)，任何一段長度Δx的管道將受到一個切向科里奧利力ΔFc： ΔFc=2ωVρAΔx
式中，A—管道的流通截面積。
由于存在關(guān)系式：mq=ρVA
所以：ΔFc =2ωqmΔx
因此，直接或間接測量在旋轉(zhuǎn)管中流動流體的科里奧利力就可以測得質(zhì)量流量。
傳感器內(nèi)是U型流量管，在沒有流體流經(jīng)流量管時(shí)，流量管由安裝在流量管端部的電磁驅(qū)動線圈驅(qū)動，其振幅小于1mm，頻率約為80Hz，流體流入流量管時(shí)被強(qiáng)制接受流量管的上下垂直運(yùn)動。在流量管向上振動的半個周期內(nèi)，流體反抗管子向上運(yùn)動而對流量管施加一個向下的力；反之，流出流量管的流體對流量管施加一個向上的力以反抗管子向下運(yùn)動而使其垂直動量減少。這便導(dǎo)致流量管產(chǎn)生扭曲，在振動的另外半個周期，流量管向下振動，扭曲方向則相反，這一扭曲現(xiàn)象被稱之為科里奧利（Coriolis）現(xiàn)象，即科氏力。
根據(jù)牛頓第二定律，流量管扭曲量的大小*與流經(jīng)流量管的質(zhì)量流量大小成正比，安裝于流量管兩側(cè)的電磁信號檢測器用于檢測流量管的振動。當(dāng)沒有流體流過流量管時(shí)，流量管不產(chǎn)生扭曲，兩側(cè)電磁信號檢測器的檢測信號是同相位的（圖3）；當(dāng)有流體流經(jīng)流量管時(shí)，流量管產(chǎn)生扭曲，從而導(dǎo)致兩個檢測信號產(chǎn)生相位差，這一相位差的大小直接正比于流經(jīng)流量管的質(zhì)量流量。
由于這種質(zhì)量流量計(jì)主要依靠流量管的振動來進(jìn)行流量測量，流量管的振動，以及流過管道的流體的沖力產(chǎn)生了科氏力，致使每個流管產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)量與振動周期內(nèi)流過流管的質(zhì)量流速成正比。由于一個流管的扭曲滯后于另*管的扭曲，質(zhì)量管上的傳感器輸出信號可通過電路比較，來確定扭曲量。
電路中由時(shí)間差檢測器測量左右檢測信號之間的滯后時(shí)間。這個“時(shí)間差”ΔT經(jīng)過數(shù)字量測量、處理、濾波以減少噪聲，提高測量分辨率。時(shí)間差乘上流量標(biāo)定系數(shù)來表示質(zhì)量流量。由于溫度影響流管鋼性，科氏力產(chǎn)生的扭曲量也將受溫度影響。被測量的流量不斷由變送器調(diào)整，后者隨時(shí)檢測粘在流管外表上的鉑電阻溫度計(jì)輸出。變送器用一個三相的電阻溫度計(jì)電橋放大電路來測量傳感器溫度，放大器的輸出電壓轉(zhuǎn)化成頻率，并由計(jì)數(shù)器數(shù)字化后讀入微處理器。
密度測量原理
流量管的一端被固定，而另一端是自由的。這一結(jié)構(gòu)可看做一重物懸掛在彈簧上構(gòu)成的重物/彈簧系統(tǒng)，一旦被施以一運(yùn)動，這一重物/彈簧系統(tǒng)將在它的諧振頻率上振動，這一諧振頻率與重物的質(zhì)量有關(guān)。質(zhì)量流量計(jì)的流量管是通過驅(qū)動線圈和反饋電路在它的諧振頻率上振動，振動管的諧振頻率與振動管的結(jié)構(gòu)、材料及質(zhì)量有關(guān)。振動管的質(zhì)量由兩部分組成：振動管本身的質(zhì)量和振動管中介質(zhì)的質(zhì)量。每一臺傳感器生產(chǎn)好后振動管本身的質(zhì)量就確定了，振動管中介質(zhì)的質(zhì)量是介質(zhì)密度與振動管體積的乘積，而振動管的體積對每種口徑的傳感器來說是固定的，因此振動頻率直接與密度有相應(yīng)的關(guān)系，那么，對于確定結(jié)構(gòu)和材料的傳感器，介質(zhì)的密度可以通過測量流量管的諧振頻率獲得。
利用流量測量的一對信號檢測器可獲得代表諧振頻率的信號，一個溫度傳感器的信號用于補(bǔ)償溫度變化而引起的流量管鋼性的變化，振動周期的測量是通過測量流量管的振動周期和溫度獲得，介質(zhì)密度的測量利用了密度與流量管振動周期的線性關(guān)系及標(biāo)準(zhǔn)的校定常數(shù)。
科氏質(zhì)量流量傳感器振動管測量密度時(shí)，管道鋼性、幾何結(jié)構(gòu)和流過流體質(zhì)量共同決定了管道裝置的固有頻率，因而由測量的管道頻率可推出流體密度。變送器用一個高頻時(shí)鐘來測量振動周期的時(shí)間，測量值經(jīng)數(shù)字濾波，對于由操作溫度導(dǎo)致管道鋼性變化，進(jìn)而引起固有頻率的變化進(jìn)行補(bǔ)償后，用傳感器密度標(biāo)定系數(shù)來計(jì)算過程流體密度。
傳感器內(nèi)是U型流量管，在沒有流體流經(jīng)流量管時(shí)，流量管由安裝在流量管端部的電磁驅(qū)動線圈驅(qū)動，其振幅小于1mm，頻率約為80Hz，流體流入流量管時(shí)被強(qiáng)制接受流量管的上下垂直運(yùn)動。在流量管向上振動的半個周期內(nèi)，流體反抗管子向上運(yùn)動而對流量管施加一個向下的力；反之，流出流量管的流體對流量管施加一個向上的力以反抗管子向下運(yùn)動而使其垂直動量減少。這便導(dǎo)致流量管產(chǎn)生扭曲，在振動的另外半個周期，流量管向下振動，扭曲方向則相反，這一扭曲現(xiàn)象被稱之為科里奧利（Coriolis）現(xiàn)象，即科氏力。
根據(jù)牛頓第二定律，流量管扭曲量的大小*與流經(jīng)流量管的質(zhì)量流量大小成正比，安裝于流量管兩側(cè)的電磁信號檢測器用于檢測流量管的振動。當(dāng)沒有流體流過流量管時(shí)，流量管不產(chǎn)生扭曲，兩側(cè)電磁信號檢測器的檢測信號是同相位的（圖3）；當(dāng)有流體流經(jīng)流量管時(shí)，流量管產(chǎn)生扭曲，從而導(dǎo)致兩個檢測信號產(chǎn)生相位差，這一相位差的大小直接正比于流經(jīng)流量管的質(zhì)量流量。
由于這種質(zhì)量流量計(jì)主要依靠流量管的振動來進(jìn)行流量測量，流量管的振動，以及流過管道的流體的沖力產(chǎn)生了科氏力，致使每個流管產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)量與振動周期內(nèi)流過流管的質(zhì)量流速成正比。由于一個流管的扭曲滯后于另*管的扭曲，質(zhì)量管上的傳感器輸出信號可通過電路比較，來確定扭曲量。
電路中由時(shí)間差檢測器測量左右檢測信號之間的滯后時(shí)間。這個“時(shí)間差”ΔT經(jīng)過數(shù)字量測量、處理、濾波以減少噪聲，提高測量分辨率。時(shí)間差乘上流量標(biāo)定系數(shù)來表示質(zhì)量流量。由于溫度影響流管鋼性，科氏力產(chǎn)生的扭曲量也將受溫度影響。被測量的流量不斷由變送器調(diào)整，后者隨時(shí)檢測粘在流管外表上的鉑電阻溫度計(jì)輸出。變送器用一個三相的電阻溫度計(jì)電橋放大電路來測量傳感器溫度，放大器的輸出電壓轉(zhuǎn)化成頻率，并由計(jì)數(shù)器數(shù)字化后讀入微處理器。
密度測量原理
流量管的一端被固定，而另一端是自由的。這一結(jié)構(gòu)可看做一重物懸掛在彈簧上構(gòu)成的重物/彈簧系統(tǒng)，一旦被施以一運(yùn)動，這一重物/彈簧系統(tǒng)將在它的諧振頻率上振動，這一諧振頻率與重物的質(zhì)量有關(guān)。質(zhì)量流量計(jì)的流量管是通過驅(qū)動線圈和反饋電路在它的諧振頻率上振動，振動管的諧振頻率與振動管的結(jié)構(gòu)、材料及質(zhì)量有關(guān)。振動管的質(zhì)量由兩部分組成：振動管本身的質(zhì)量和振動管中介質(zhì)的質(zhì)量。每一臺傳感器生產(chǎn)好后振動管本身的質(zhì)量就確定了，振動管中介質(zhì)的質(zhì)量是介質(zhì)密度與振動管體積的乘積，而振動管的體積對每種口徑的傳感器來說是固定的，因此振動頻率直接與密度有相應(yīng)的關(guān)系，那么，對于確定結(jié)構(gòu)和材料的傳感器，介質(zhì)的密度可以通過測量流量管的諧振頻率獲得。
利用流量測量的一對信號檢測器可獲得代表諧振頻率的信號，一個溫度傳感器的信號用于補(bǔ)償溫度變化而引起的流量管鋼性的變化，振動周期的測量是通過測量流量管的振動周期和溫度獲得，介質(zhì)密度的測量利用了密度與流量管振動周期的線性關(guān)系及標(biāo)準(zhǔn)的校定常數(shù)。
科氏質(zhì)量流量傳感器振動管測量密度時(shí)，管道鋼性、幾何結(jié)構(gòu)和流過流體質(zhì)量共同決定了管道裝置的固有頻率，因而由測量的管道頻率可推出流體密度。變送器用一個高頻時(shí)鐘來測量振動周期的時(shí)間，測量值經(jīng)數(shù)字濾波，對于由操作溫度導(dǎo)致管道鋼性變化，進(jìn)而引起固有頻率的變化進(jìn)行補(bǔ)償后，用傳感器密度標(biāo)定系數(shù)來計(jì)算過程流體密度。