HNKF-9000科氏力质量流量计


一、测量原理


       HNKF-9000科氏力质量流量计基于科里奥利力学原理测量流体的质量流量，当流体直线运动与转动同时发生时就有科式力产生。当满足两个条件：(1)双弯管以一定的频率振动，(2)管道中有流体流动时，就会产生一种新的力——科氏力，这个力是由管道振动和管道流体流动合成产生的附加力，这个力在弯管上产生了扭矩，使得弯管对称其中心线发生扭转。通过在弯管两侧的位移传感器检测其电信号，再对电信号进行处理，直接得出质量流量。


FC =2×△m(ω×v)
FC =科式力
△m = 运动流体质量
ω= 角速度
v = 径向速度(旋转或震动时)


       科式力与运动流体质量△m和速度v成正比，即与运动流体质量流量成正比。
       传感器内是U型流量管(图)，在没有流体流经流量管时，流量管由安装在流量管端部的电磁驱动线圈驱动，其振幅小于1mm，频率约为80Hz，流体流入流量管时被强制接受流量管的上下垂直运动。在流量管向上振动的半个周期内，流体反抗管子向上运动而对流量管施加一个向下的力；反之，流出流量管的流体对流量管施加一个向上的力以反抗管子向下运动而使其垂直动量减少。这便导致流量管产生扭曲，在振动的另外半个周期，流量管向下振动，扭曲方向则相反，这一扭曲现象被称之为科里奥利(Coriolis)现象，即科氏力。
        根据牛顿第二定律，流量管扭曲量的大小完全与流经流量管的质量流量大小成正比，安装于流量管两侧的电磁信号检测器用于检测流量管的振动。当没有流体流过流量管时，流量管不产生扭曲，两侧电磁信号检测器的检测信号是同相位的（图3）；当有流体流经流量管时，流量管产生扭曲，从而导致两个检测信号产生相位差，这一相位差的大小直接正比于流经流量管的质量流量。由于这种质量流量计主要依靠流量管的振动来进行流量测量，流量管的振动，以及流过管道的流体的冲力产生了科氏力，致使每个流管产生扭转，扭转量与振动周期内流过流管的质量流速成正比。由于一个流管的扭曲滞后于另一流管的扭曲，质量管上的传感器输出信号可通过电路比较，来确定扭曲量。
    电路中由时间差检测器测量左右检测信号之间的滞后时间。这个“时间差”ΔT经过数字量测量、处理、滤波以减少噪声，提高测
量分辨率。时间差乘上流量标定系数来表示质量流量。由于温度影响流管钢性，科氏力产生的扭曲量也将受温度影响。被测量的流量不断由变送器调整，后者随时检测粘在流管外表上的铂电阻温度计输出。变送器用一个三相的电阻温度计电桥放大电路来测量传感器温度，放大器的输出电压转化成频率，并由计数器数字化后读入微处理器。


    密度测量原理


    流量管的一端被固定，而另一端是自由的。这一结构可看做一重物悬挂在弹簧上构成的重物/弹簧系统，一旦被施以一运动，这一重物/弹簧系统将在它的谐振频率上振动，这一谐振频率与重物的质量有关。质量流量计的流量管是通过驱动线圈和反馈电路在它的谐振频率上振动，振动管的谐振频率与振动管的结构、材料及质量有关。振动管的质量由两部分组成：振动管本身的质量和振动管中介质的质量。每一台传感器生产好后振动管本身的质量就确定了，振动管中介质的质量是介质密度与振动管体积的乘积，而振动管的体积对每种口径的传感器来说是固定的，因此振动频率直接与密度有相应的关系，那么，对于确定结构和材料的传感器，介质的密度可以通过测量流量管的谐振频率获得。
    利用流量测量的一对信号检测器可获得代表谐振频率的信号，一个温度传感器的信号用于补偿温度变化而引起的流量管钢性的变化，振动周期的测量是通过测量流量管的振动周期和温度获得，介质密度的测量利用了密度与流量管振动周期的线性关系及标准的校定常数。
    科氏质量流量传感器振动管测量密度时，管道钢性、几何结构和流过流体质量共同决定了管道装置的固有频率，因而由测量的管道频率可推出流体密度。变送器用一个高频时钟来测量振动周期的时间，测量值经数字滤波，对于由操作温度导致管道钢性变化，进而引起固有频率的变化进行补偿后，用传感器密度标定系数来计算过程流体密度。?


二、技术参数


    适用范围：适用于液体、气体、液固、气固的微小质量流量的测量
    测量管材质：304 或316L不锈钢
    压力等级：标准配置见上表，其他高压可以特殊订货。
    介质温度：-50℃～+150℃：-50℃～250℃；-50℃～ 350℃
    环境温度：-20℃～+70℃
    工作环境湿度：≤90%RH，非冷凝
    流量测量：±0.20% 流量±[(零点稳定性/流量值)×100]% 流量(±0.1%为特殊订货)
    密度测量范围：0.5g/cm3～2.5g/cm3
    密度测量：±0.002g/ml?
    温度测量范围：-60℃～+200℃
    温度测量准确度：±1℃
    重复性：±0.10% 流量±[?(零点稳定性/流量值)×100]% 流量
    变送器供电要求：本安型电源电压︰AC(220±10%)V,(50±5%)Hz
                    复合型电源电压︰(24±10%）V
    输出信号：4～20mA ?负载电阻<500Ω(瞬时流量或密度可选)；0～10kHz?瞬时流量脉冲信号；RS485 通讯信号
    传感器的防爆标志：Exib(ib)ⅡBT2- T5
    防爆合格证号：CE072066
    变送器防爆标志：Exd(ib)ibIBT5
    防爆合格证号：CE092053?


三、显著特点


    直接测量介质的质量流量 
    可靠的长期稳定性
    测量不受管内流场的影响
    多种回路材质可选
    流量传感器内无电路组件
    管道振动和管道应力影响小
    无直管段要求，可随意安装
    同时显示质量流量、密度、体积流量、温度等


四、测量环境的影响


 1、流体压力的影响
    首先考虑流体压力不应超过规定工作压力，其次考虑静压变化影响的程度。压力变化影响测量管绷紧程度和布登效应的程度，以及破坏测量管不对称的原零点偏置。虽然仪表常数变动和零漂很小，但是使用压力时和校准时相差甚大时，对于高度仪表影响值还是不能忽视的。小口径仪表壁厚管径比大，影响小；大口径仪表壁厚管径比校大，影响大。
 2、流体密度影响
    流体密度变化改变流量测量系统的质量，从而使流量传感器的平衡发生变化，导致零点偏移。如果测量某一特定液体，只要在实际使用的液体密度条件下调零，使用过程中的密度变化不大，一般不存在问题。但在一根管道上测量密度差别较大的几种液体时，会带来零点变动的附加误差
 3、流体粘度影响
    哈恩（大连）流体控制技术有限公司的科氏力质量流量计HNKF-9000可测量液体粘度的范围很宽，并呈现良好的测量性能。虽有论及粘度影响测量度，但很少有试验数据。液体粘度会改变系统的阻尼特性，从而影响零偏置；在低流量时对流量测量值有一定程度的影响。 
 4、双相流体中异相含量影响
    制造厂常称含有百分几体积比游离气体影响测量不大。当测量气泡小而分布均匀的液体，如冰淇淋和相似乳化液，影响可能是相对的。含气泡1%时有些型号无明显影响，有些型号误差为1%～2%，其中一台双管直管式则高达10%～15%；含气泡10%时，误差普遍增加到15%～20%，个别型号高达80%。此外流体的压力、流速、粘度和气液混合方式的差异，所带来的影响也不一样。测量含有少量固体的液体时，各类型HNKF-9000都有较高的信赖度。当固体含量较多或固体具有强磨蚀性或软固体(如食品汤汁中的蔬菜块)，应选用单管直管型或串联双管型。因为如用并联双管型，分流器上有可能粘附异物或磨损导致改变两路分流量，产生误差；更为严重者如一路堵塞可能不被立即发现。
 5、环境振动影响
    HNKF-9000可以在振动环境下工作，但必须与振动隔离，例如与振动管间用柔性管连接和采用隔离振动的支撑架。但更应预防振动频率与HNKF-9000的工作频率或谐波频率相同。 同一型号多台仪表串接安装或较接近地平行安装，尤其是装在同一支撑台架上，各HNKF-9000间工作频率振动会相互影响，引起异常振动，严重时会使仪表无法工作。在订购时可专门向制造厂提出，错开两串联HNKF-9000的工作频率。
 6、管道应力影响
    若连接流量传感器管道中心未对准(或不平行)或管道温度改变，管道应力会形成压力、拉力、或剪切力作用到HNKF-9000测量管间的对准，引起检测探头的不对称性，导致零点变动。HNKF-9000安装好后必须调零以消除或减小这一影响。若管道严重未对准，有可能无法调至零位。管道温度偏离安装时温度，管道产生的热膨胀(或收缩)力亦将作用到流量传感器。有些HNKF-9000设计在测量管进出口各有一个很重的分流器，可减小管道应力对测量管的影响。直形测量管HNKF-9000特别易受热膨胀力的影响，必要时可在管道装热膨胀


隔离管件。

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