[發明專利]類直管型科里奧利質量流量計

有效

• 申請號: 201010180691.X
• 申請日: 2010-05-24
• 公開（公告）號: CN101858765A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 王帥;鄭德智;吳宗玲;樊尚春
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01F1/84
• 分類號: G01F1/84
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;李新華

技術領域

本發明涉及一種科里奧利質量流量計(CMF)，特別涉及一種類直管型科里奧利質量流量計，屬于測試計量儀表領域，用于直接高精度測量質量流量。

背景技術

質量流量測量技術發展是當今國家科技在過程控制領域中發展的重點，為實現對各種介質在復雜環境條件下的高準確度、高可靠的測量，科里奧利質量流量計(CoriolisMass?Flowmeter，CMF，又稱科氏質量流量計)以其優越的性能，成為此領域的重要開展技術之一，且滿足國家重大需求。CMF能夠高準確度的直接測量管道內流體的質量流量，利用流體流過振動管道時產生的科里奧利效應對管道兩端振動相位或幅度的影響來測量流過管道的流體質量，穩定性好、可靠性高、量程比大、適用于高粘度流體等特點。

科里奧利質量流量計是利用流體在振動管中流動時，將產生與質量流量成正比的科里奧利力的原理測量的。目前，人們普遍采用振動管式科氏原理的流量計，主要是由一次儀表和二次儀表組成，其中一次儀表(即科里奧利質量流量傳感器敏感單元a包括測量管a1、a2、激振器a5和拾振器a3、a4；二次儀表b包括閉環控制單元b1和流量解算單元b2，分別是一次儀表的控制和信號處理系統。一次儀表(即科里奧利質量流量傳感器)是敏感部件，輸出與被測流量相關的振動信號；閉環控制單元b1給激振器a5提供激振信號，使測量管維持在諧振狀態，并且對測量管a1、a2的振動頻率進行實時跟蹤；流量解算單元b2對傳感器拾振器a3、a4的輸出信號進行處理并輸出測量信息，從中確定被測流體的質量流量和密度。如圖8所示。

傳統的振動管式CMF按測量管的配置分，有單管型和雙管型。單管型因易受外界振動的干擾，多用雙管型，由于雙管兩管形狀相同，固有頻率相近，容易起振，但兩管內被測介質的流動情況相同，上下振動的相位相反，科氏力產生的作用效果也相反，整個流量計總是處于受力平衡狀態。實際上由于管端分配器不能保證兩管內的流量絕對相等，因而也就無法保證兩管中的沉積物及磨損也絕對一致，同時清洗時也難以保證兩管同時得到徹底清洗，故測量時會引起零點漂移，產生附加誤差。目前大多數產品仍是雙管型，這種結構較容易實現相位測量，與目前的技術及工藝水平相適應。

按測量管的形狀分，有彎管型和直管型。彎管型，主要由彎管段和直管段組合合成，在現有技術中公開了許多種形狀的管型，有U型、Ω型△型、環型、C型、B型、T型、水滴型、蠅拍型。其管壁較厚，剛度小，受腐蝕影響較小；其諧振頻率也較低，一般為70-120Hz；反映質量流量的相位差為毫秒級，電子信號較易處理；但彎管型易積存氣體和流體殘渣而引起附加誤差，并且制作加工要比直管型復雜。在技術發展上，由于傳統彎管型CMF傳感器的體積尺寸、結構形狀、性能特性等受安裝環境及測量需求的約束，嚴重制約著發展的需求，要求其向小體積、低壓損、高精度、高靈敏度、穩定性好、易加工等方向發展。CMF傳感器主流技術與產品多為U型和△型測量管結構，其體積和壓損較大。

直管型與彎管型相反，由于剛度大，諧振頻率高，一般為700~1000Hz，且振幅很小，振幅小，約為60μm；由于頻率較高，與工業上的一般機械振動頻率相差較大，故不易受外界振動的干擾；不易存積氣體及殘渣，外形尺寸較小；為使諧振頻率不至于過高，其管壁設計得較薄，約為彎管的1/4~1/2，因而耐磨及抗腐蝕能力差。但相位差為微秒級，電信號的處理較困難，嚴重限制了CMF的測量范圍，并且這種傳統振動直管式的CMF的靈敏度較低，且受溫度波動影響。國內外研制和應用的直管型或類似直管型CMF，如公開的專利有：科里奧利質量流量計(專利申請號為00129058.4)，被制成以一個方向彎曲的弓形，此結構多為彎管，流速穩定差，且流體易在管內壁產生吸附和沉淀；安裝及加工復雜、動態平衡特性差。

目前，所研制的CMF存在著一些制約因素：如CMF測量管設計的綜合性能較差，管道安裝不穩定，管型的機械實現較難；CMF對外界的振動干擾比較敏感；CMF系統不能用于測量低密度介質。在測量含氣液體時，如果含氣量太大會影響測量精度；測量管受設計、加工與安裝工藝的影響，其動態平衡特性較差，直接影響CMF的性能，并且是不可逆的。

因此，設計一種結合傳統彎管和直管優點的新型類直管型是十分必要的。本發明的類直管型科里奧利質量流量計，就是針對以上問題而設計的其體積小，流場影響小、流動阻力小、低壓損、安裝及加工簡單，測量管具有良好的動態平衡特性，可以測定粘度高、雜質含量高的液體質量流量，CMF的整體性能較高和測量范圍寬。進一步豐富了CMF產品種類，增加核心競爭力，也是發展該類傳感器的趨勢之一。

發明內容