科里奧利質(zhì)量流量計現(xiàn)在受到用戶的青睞,是由于它能直接測量管道內(nèi)流體的質(zhì)量流量,而不必像過去那樣,分別測量被測流體的體積流量和密度,然后計算求得。此外,它的精度和穩(wěn)定度較高,量程比也比較大,但是其性能價格比太高。
另外,科里奧利質(zhì)量流量計的原理,實質(zhì)是利用一個彈性體的共振特性:隊友流體流動和無流體流動的振動(在共振區(qū)附近)的金屬管元件,測定其動態(tài)響應(yīng)特性,求出此諧振系統(tǒng)的相位差(時間差)與質(zhì)量流量之間的關(guān)系。而有流體流動的金屬管元件諧振的動態(tài)響應(yīng)特性,與無流體流動的金屬管的動態(tài)響應(yīng)特性之間的差別,是由于Coriolis效應(yīng)引起的。目前,該流量計被關(guān)注較多的有如下2個特性!
一、撓性管的動態(tài)響應(yīng)分析
1、撓性曲管的分析
Hemp and Sultan (Cranfield Institute of Technology, England) 用Euler梁理論,對撓性曲管的諧振的動態(tài)響應(yīng)進(jìn)行過分析,并結(jié)合U-型管作了具體計算。
a.方程(Oscillating tube of cruved part)
對于不同的幾何形狀,上述的一般性公式和邊界條件還可以在進(jìn)一步簡化。譬如,對彈性金屬管的直管部分,可以令a趨于無窮即可。
b.邊界條件
在端點上,有在不同形狀的管段的連接點上
c. 數(shù)值求解
數(shù)值求解和計算結(jié)果作者計算出了U-型元件的基頻和其諧振的振動模態(tài)(位移模態(tài)和彎曲模態(tài)),以及其相位和流量之間的關(guān)系式,理論計算值與實驗值吻合得很好。和計算結(jié)果作者計算出了U-型元件的基頻和其諧振的振動模態(tài)(位移模態(tài)和彎曲模態(tài)),以及其相位和流量之間的關(guān)系式,理論計算值與實驗值吻合得很好。
2、撓性直管的分析
Raszillier and Durst(University of Erlangen,Germany)用Euler梁理論,考慮流體是運動弦,對一維撓性直管的諧振的動態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了分析
a.方程(Oscillating tube of staight part )
b.邊界條件
c.數(shù)值求解和計算結(jié)果
作者用了頗為復(fù)雜的求解過程,計算出了有流體流動和無流體流動的直管的基頻和其諧振的位移振動模式,并由此計算出相位差和流量之間的關(guān)系。
二、剛性直管的動態(tài)響應(yīng)分析
Cascetla假定直觀是剛性的,可以避免計算上述彈性管的基頻和其諧振的位移振動模態(tài),從而可進(jìn)一步簡化計算,最后也可得到根簡單的結(jié)果:振動位移和流量之間的關(guān)系。
1、實用設(shè)計問題
上述諧振的動態(tài)響應(yīng)分析,雖很細(xì)致但是學(xué)院式的。工程師最關(guān)心的是指導(dǎo)彈性管的共振頻率及氣管壁的應(yīng)力分布和抵抗疲勞的強度是否足夠。較為簡單的辦法是用結(jié)構(gòu)分析軟件包SAP,或ANSYS進(jìn)行分析計算。
2、彈性元件的選擇
從力學(xué)角度來看,對質(zhì)量流量計進(jìn)行設(shè)計,首先要選擇合適的一次感受元件,以便盡可能提高一次元件的Coriolis效應(yīng)。這包括感受元件較佳形狀的選擇,以及彈性金屬管的較佳材料和壁厚的選擇。元件的形狀,大體上可以歸納為四類,即:彎管形和直管形;單管形和多管形(雙管形)。在選形時,其原則主要是要平衡所選的一次元件的性能,較佳使用范圍和成本這三個因素。一般地講,所選的形狀愈復(fù)雜,其Coriolis效應(yīng)就愈高,但生產(chǎn)工藝和技術(shù)就愈復(fù)雜,因而其成本就愈高。通常一次元件總是歸屬于上述的四類中的兩類形式的結(jié)合:如彎管形和雙管形的結(jié)合。
目前,以Coriolis力為原理而設(shè)計的質(zhì)量流量計,其一次元件有各式各樣的幾何形狀,如:
雙U型或三角型
雙S型
雙w型
雙K型
雙螺旋型
單管多環(huán)型
單J型
單直管型
雙直管型