质量流量计测量原理及信号特性特点

2025-03-12 11:54:49

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回答1：

质量流量计的特点、选型和应用

1 引言

流量与温度、液位、压力等参数一样，是化工生产过程中一个需要随时监控的重要参数。流量测量的方法很多，针对不同的介质工况，可以选择电磁流量计、涡街流量计、差压流量计、质量流量计等不同种类的流量计。在原材料、中间产品或产品（成品）等涉及工艺考核和/或成本核算的场合，流量测量的精度对考核或核算结果影响较大，需要选择较高精度的流量仪表来完成流量测量的任务。此时，质量流量计就显示出很大的优势，是首选目标。本文简要介绍了质量流量计的测量原理、性能特点、选型及应用情况。

2 质量流量计的测量原理

目前，绝大部分质量流量计是依据科氏力原理来测量流体的质量流量的。科氏力是指物体在旋转系统中作直线运动时所受的力：
Fc=2*Δm(v*ω)
式中，Fc为科氏力；Δm为移动物体的质量；ω为角速度；v为旋转或震动时的径向速度。
由此可见，科氏力与运动流体的质量Δm、速度v成正比，即与流体的质量流量成正比，而与流体温度、压力、粘度及流量特性等无关。式中恒定的角速度ω可以用流量计测量管的震动来代替，当流体流过两根平行的（或其他形式的）测量管时，测量管受科氏力的作用产生反向振动。在测量管中产生的科氏力会引起测量管变形，从而产生进口和出口的相位差，通过入口和出口的相位传感器即可测出测量管的震动相位。

3 质量流量计的分类和特点

质量流量计制造厂商很多。国外有艾默生过程管理高准（Micro-motion）、恩德斯豪斯、福克斯波罗、科隆等知名公司，国内也有北京建中、首都科技集团等厂家。
根据仪表输出信号不同，分为4~20mA DC HART常规信号和FF现场总线数字信号、ProfiBus现场总线数字信号等，部分质量流量计还带有脉冲信号输出、报警接点输出；根据安装形式不同，有分体型和一体型；根据测量机构结构不同，有单一直管、连续单管、ω管等；根据测量介质不同可分为气体质量流量计和液体质量流量计。
下面以Micro-motion的产品为例，对质量流量计的特点和选型做一简单说明。
Micro-motion质量流量计主要有E、F、D、R、H和T型等几种规格。其中E型抗干扰能力强，应用范围宽而且精度最高，液体介质0.1级，气体介质0.35级，可用于原材料入装置计量、贸易计量等精度要求较高的场合。F型液体介质0.2级，气体介质0.5级，适用于一般场合。D型为特殊用途场合下选用的质量流量计。传感器不仅有钽、Tefzel等接液部件，还有高温、高压等选项，DS600的流量范围可以达到680t/h，是Micro-motion流量计家族中可测量范围最大的流量计。R型质量流量计是一体型流量计，液体介质测量精度0.5级，虽然精度不算太高，而且它的接液材质只有不锈钢，但因为它具有安装方便、经济可靠的特点，还是得到用户的普遍认可。H型和T型是卫生型质量流量计，材质有不锈钢和钛材质，可满足卫生食品行业特殊的表面处理要求。
其他厂家的产品特点各有不同，可以根据不同的使用场合和精度要求选择性价比最高的质量流量计。但要注意，要根据被测流量值选择合适的流量计口径，使被选流量计的使用流量范围在流量计额定流量范围的20%~80%之间。

4 质量流量计的安装

质量流量计的安装对前后直管段无特殊要求。但必须满足以下条件：

(1)对于液体介质，应使流量计处于管道低点。避免因背压过低而使介质汽化，影响测量结果。对于气体介质，不能使流量计处于管道局部低点，以避免测量管中有积液而产生测量误差。
(2)对于液体介质，在运行过程中必须保证介质充满管道。不能使测量管中存在气液或液固两相流体。如果安装在垂直管道上，应使流体自下向上流动。如果必须从上向下流动，则可在流量计后设置一个限流孔板，防止测量管被抽空。
(3) 流量计与连接法兰必须完全对准，否则会给测量管带来外应力而影响测量结果。
(4) 要避免强电磁场对流量计造成干扰，流量计附近不能有大电机等干扰源。
(5) 同型号的质量流量计相邻安装时考虑将震动频率错开，避免共振产生的负面影响，而且两台流量计的间距至少相当于仪表长度的4倍。
(6) 注意将流量计相位测量的固有振动频率与管道固有的振动频率，否则将引起测量的波动。
(7) 流量计前后应安装截止阀门，以方便运行前进行零点校正。

5 质量流量计使用过程中存在的问题及处理方法

山西三维集团股份有限公司在新建装置中使用了包括Micro-motion、恩德斯豪斯、福克斯波罗等公司的多台质量流量计。运行过程中出现了一些问题，经过认真分析并采取了相应措施后得到了解决。

(1) 流量计位于整个管道的局部高点，测量管中聚集气泡，测量结果误差很大。改变安装位置后，运行良好；
(2) 初次安装时没有在流量计前后加截止阀门，装置开车后无法进行零点校正。增加前后截止阀，校零后运行正常；
(3) 流量计前后管道不同心，导致流量计始终有流量输出。重新配管后正常；
(4) 流量计零漂，检查检测线圈和驱动线圈的电阻值正常，清洗传感器内部后正常。原因是传感器内部挂壁造成零漂；
(5) 流量计在故障状态时变送器显示屏上会有故障代码显示，查阅维护说明可找到相应的处理方法。

6 变送器部分

各厂家质量流量计变送器面板上的显示菜单和操作方法不尽相同。但通过面板或HART手操器操作均可实现工艺参数设定、量程选择、输出信号选择、就地显示选项等功能的设定。这里不再赘述，可通过查阅产品说明书详细了解。

7 结语

科氏力质量流量计具有精度高、适用介质多、可靠性好、使用方便、维护量小等特点。在流量检测仪表中所占的比例越来越大，尤其在贸易交接领域应用越来越广。了解并用好质量流量计对保证化工装置安全稳定运行意义重大。

回答2：

目前，绝大部分质量流量计是依据科氏力原理来测量流体的质量流量的。科氏力是指物体在旋转系统中作直线运动时所受的力：
Fc=2*Δm(v*ω)
式中，Fc为科氏力；Δm为移动物体的质量；ω为角速度；v为旋转或震动时的径向速度。
由此可见，科氏力与运动流体的质量Δm、速度v成正比，即与流体的质量流量成正比，而与流体温度、压力、粘度及流量特性等无关。式中恒定的角速度ω可以用流量计测量管的震动来代替，当流体流过两根平行的（或其他形式的）测量管时，测量管受科氏力的作用产生反向振动。在测量管中产生的科氏力会引起测量管变形，从而产生进口和出口的相位差，通过入口和出口的相位传感器即可测出测量管的震动相位。

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