質(zhì)量流量計(jì)

　　簡(jiǎn)單介紹

　　流體在旋轉(zhuǎn)的管內(nèi)流動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì)管壁產(chǎn)生一個(gè)力，它是科里奧利在1832年研究輪機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)的，簡(jiǎn)稱科氏力。在1977年由美國(guó)高準(zhǔn)(Micro Motion)公司的創(chuàng)始人根據(jù)此原理研發(fā)出世界上第一臺(tái)可以實(shí)際使用的質(zhì)量流量計(jì)。質(zhì)量流量計(jì)以科氏力為基礎(chǔ)，在傳感器內(nèi)部有兩根平行的流量管，中部裝有驅(qū)動(dòng)線圈，兩端裝有檢測(cè)線圈，變送器提供的激勵(lì)電壓加到驅(qū)動(dòng)線圈上時(shí)，振動(dòng)管作往復(fù)周期振動(dòng)，工業(yè)過(guò)程的流體介質(zhì)流經(jīng)傳感器的振動(dòng)管，就會(huì)在振管上產(chǎn)生科氏力效應(yīng)，使兩根振管扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，安裝在振管兩端的檢測(cè)線圈將產(chǎn)生相位不同的兩組信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)的相位差與流經(jīng)傳感器的流體質(zhì)量流量成比例關(guān)系。計(jì)算機(jī)解算出流經(jīng)振管的質(zhì)量流量。不同的介質(zhì)流經(jīng)傳感器時(shí)，振管的主振頻率不同，據(jù)此解算出介質(zhì)密度。安裝在傳感器器振管上的鉑電阻可間接測(cè)量介質(zhì)的溫度。

　　質(zhì)量流量計(jì)直接測(cè)量通過(guò)流量計(jì)的介質(zhì)的質(zhì)量流量，還可測(cè)量介質(zhì)的密度及間接測(cè)量介質(zhì)的溫度。由于變送器是以單片機(jī)為核心的智能儀表，因此可根據(jù)上述三個(gè)基本量而導(dǎo)出十幾種參數(shù)供用戶使用。質(zhì)量流量計(jì)組態(tài)靈活，功能強(qiáng)大,性能價(jià)格比高，是新一代流量儀表。

　　測(cè)量管道內(nèi)質(zhì)量流量的流量測(cè)量?jī)x表。在被測(cè)流體處于壓力、溫度等參數(shù)變化很大的條件下，若僅測(cè)量體積流量，則會(huì)因?yàn)榱黧w密度的變化帶來(lái)很大的測(cè)量誤差。在容積式和差壓式流量計(jì)中，被測(cè)流體的密度可能變化30%，這會(huì)使流量產(chǎn)生30～40%的誤差。隨著自動(dòng)化水平的提高，許多生產(chǎn)過(guò)程都對(duì)流量測(cè)量提出了新的要求。化學(xué)反應(yīng)過(guò)程是受原料的質(zhì)量(而不是體積)控制的。蒸氣、空氣流的加熱、冷卻效應(yīng)也是與質(zhì)量流量成比例的。產(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)格控制、精確的成本核算、飛機(jī)和導(dǎo)彈的燃料量控制，也都需要精確的。因此質(zhì)量流量計(jì)是一種重要的流量測(cè)量?jī)x表。

　　測(cè)量原理

　　質(zhì)量流量計(jì)是采用感熱式測(cè)量，通過(guò)分體分子帶走的分子質(zhì)量多少?gòu)亩鴣?lái)測(cè)量流量，因?yàn)槭怯酶袩崾綔y(cè)量，所以不會(huì)因?yàn)闅怏w溫度、壓力的變化從而影響到測(cè)量的結(jié)果 。質(zhì)量流量計(jì)是一個(gè)較為準(zhǔn)確、快速、可靠、高效、穩(wěn)定、靈活的流量測(cè)量?jī)x表，在石油加工、化工等領(lǐng)域?qū)⒌玫礁訌V泛的應(yīng)用，相信將在推動(dòng)流量測(cè)量上顯示出巨大的潛力。質(zhì)量流量計(jì)是不能控制流量的，它只能檢測(cè)液體或者氣體的質(zhì)量流量，通過(guò)模擬電壓、電流或者串行通訊輸出流量值。但是，質(zhì)量流量控制器，是可以檢測(cè)同時(shí)又可以進(jìn)行控制的儀表。質(zhì)量流量控制器本身除了測(cè)量部分，還帶有一個(gè)電磁調(diào)節(jié)閥或者壓電閥，這樣質(zhì)量流量控制本身構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，用于控制流體的質(zhì)量流量。質(zhì)量流量控制器的設(shè)定值可以通過(guò)模擬電壓、模擬電流，或者計(jì)算機(jī)、PLC提供。

　　主要特點(diǎn)

　　1. 適用多種介質(zhì)

　　2. 測(cè)量準(zhǔn)確度高

　　3. 安裝直管段要求低

　　4. 可靠性好

　　5. 維修率低

　　6. 具有核心處理器

　　主要分類

　　質(zhì)量流量計(jì)可分為兩類：一類是直接式，即直接輸出質(zhì)量流量；另一類為間接式或推導(dǎo)式，如應(yīng)用超聲流量計(jì)和密度計(jì)組合，對(duì)它們的輸出再進(jìn)行乘法運(yùn)算以得出質(zhì)量流量。

　　直接式

　　直接式質(zhì)量流量計(jì)有多種類型，如量熱式、角動(dòng)量式、陀螺式和雙葉輪式等。這種儀表適于測(cè)量小流量氣體，缺點(diǎn)是惰性大，測(cè)量值與氣體的定壓比熱有關(guān)，測(cè)量元件與介質(zhì)接觸，易被沾污和腐蝕。 為雙孔板差壓式質(zhì)量流量計(jì)。在管道A、B處安裝兩個(gè)相同的孔板。在分流管道中裝有兩個(gè)相同的可產(chǎn)生方向相反的恒定體積流量q的定流量泵。兩孔板前后壓力差△P=P1-P3=4KρQq，與ρ、Q成正比。式中K為常系數(shù)，ρ為密度，Q為管道體積流量，ρQ即為質(zhì)量流量。雙葉輪式質(zhì)量流量計(jì)是在同一直線上前后安裝兩個(gè)傾角分別為x1和x2的葉輪，兩葉輪之間利用扭簧連接，流體通過(guò)時(shí)，兩葉輪之間產(chǎn)生一個(gè)偏移角x，那么兩葉輪間力矩差△M與質(zhì)量流量Qm，流速u(mài)，傾角x1，x2存在△M=Qm*u*(k1*tgx1-k2*tgx2)的關(guān)系（k1和k2為葉片結(jié)構(gòu)尺寸常數(shù)），△M=k3*u*Qm，(k3=k1*tgx1-k2*tgx2).偏移角x=k4*△M=k4*k3*Qm*u;而葉輪組旋轉(zhuǎn)速度U與流體的流速成正比，U=k6*u，則整個(gè)葉輪組轉(zhuǎn)過(guò)兩葉輪偏角x所需的時(shí)間△t=x/U=k7*Qm.通過(guò)專用計(jì)數(shù)器測(cè)量出△t便能得出質(zhì)量流量Qm。

　　間接式

　　間接式質(zhì)量流量計(jì)有 3種主要型式:速度式流量計(jì)與密度計(jì)的組合，節(jié)流式（或靶式）流量計(jì)與容積式流量計(jì)的組合，節(jié)流式（或靶式）流量計(jì)與密度計(jì)組合。

　　還有一種根據(jù)流體的工作壓力、溫度將容積流量計(jì)的測(cè)量值換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的容積流量。但是，當(dāng)介質(zhì)的種類或成分改變時(shí)，它不能給出準(zhǔn)確的質(zhì)量流量。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，它不屬于質(zhì)量流量計(jì)。 輸出密度、比重、體積流量、質(zhì)量流量、質(zhì)量能量流量等，兼有指示、模擬量輸出、打印、越限報(bào)警、儀器故障報(bào)警等多種功能。

　　熱式

　　熱式質(zhì)量流量計(jì)的基本原理是利用外部熱源對(duì)管道內(nèi)的被測(cè)流體加熱，熱能隨流體一起流動(dòng)，通過(guò)測(cè)量因流體流動(dòng)而造成的熱量（溫度）變化來(lái)反映出流體的質(zhì)量流量。

　　當(dāng)流體成分確定時(shí)，流體的定壓比熱為已知常數(shù)。因此由上式可知，若保持加熱功率恒定，則測(cè)出溫差便可求出質(zhì)量流量；若采用恒定溫差法，即保持兩點(diǎn)溫差不變，則通過(guò)測(cè)量加熱的功率也可以求出質(zhì)量流量。由于恒定溫差法較為簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)，所以實(shí)際應(yīng)用較多。這種流量計(jì)多用于較大氣體流量的測(cè)量。

　　為避免測(cè)溫和加熱元件因與被測(cè)流體直接接觸而被流體玷污和腐蝕，可采用非接觸式測(cè)量方法，即將加熱器和測(cè)溫元件安裝在薄壁管外部，而流體由薄壁管內(nèi)部通過(guò)。非接觸式測(cè)量方法，適用于小口徑管道的微小流量測(cè)量。當(dāng)用于大流量測(cè)量時(shí)，可采用分流的方法，即僅測(cè)量分流部分流量，再求得總流量，以擴(kuò)大量程范圍。

　　差壓式

　　差壓式質(zhì)量流量計(jì)是以馬格努斯效應(yīng)為基礎(chǔ)的流量計(jì)，實(shí)際應(yīng)用中利用孔板和定量泵組合實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量測(cè)量。常見(jiàn)的有雙孔板和四孔板與定量泵組合兩種結(jié)構(gòu)。

　　雙孔板結(jié)構(gòu)形式如圖6所示，在主管道上安裝結(jié)構(gòu)和尺寸完全相同的兩個(gè)孔板A和B，在分流管道上裝置兩個(gè)流向相反、流量固定為的定量泵，差壓計(jì)連接在孔板A入口和孔板B出口處。

　　科里奧利

　　科里奧利質(zhì)量流量計(jì)（簡(jiǎn)稱科氏力流量計(jì)）是一種利用流體在振動(dòng)管中流動(dòng)而產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力的原理來(lái)直接測(cè)量質(zhì)量流量的儀表。

　　科氏力流量計(jì)結(jié)構(gòu)有多種形式，一般由振動(dòng)管與轉(zhuǎn)換器組成。振動(dòng)管（測(cè)量管道）是敏感器件，有U形、Ω形、環(huán)形、直管形及螺旋形等幾種形狀，也有用雙管等方式，但基本原理相同。下面以U形管式的質(zhì)量流量計(jì)為例介紹。

　　技術(shù)指標(biāo)

　　主要參數(shù)

　　質(zhì)量流量精度: ±0.002×流量±零點(diǎn)漂移

　　密度測(cè)量精度: ±0.003g/cm3

　　密度測(cè)量范圍: 0.5~1.5g/cm3

　　溫度測(cè)量精度: ±1°C

　　傳感器

　　環(huán)境溫度: －40~60°C

　　介質(zhì)溫度: －50~200°C

　　防爆類型: iBⅡBT3

　　關(guān)聯(lián)設(shè)備: 配套變送器

　　變送器

　　工作溫度: 0~60°C

　　相對(duì)濕度: 95%以下

　　電 源: 220±10%VAC,50Hz或24±5%VDC,40W

　　間接式質(zhì)量流量計(jì) 　間接式質(zhì)量流量計(jì)有 3種主要型式:速度式流量計(jì)與密度計(jì)的組合,節(jié)流式（或靶式）流量計(jì)與容積式流量計(jì)的組合，節(jié)流式（或靶式）流量計(jì)與密度計(jì)組合。

　　帶微型機(jī)的質(zhì)量流量測(cè)量?jī)x表又稱為質(zhì)量流量計(jì)算機(jī)，是一種通用性的新型流量測(cè)量?jī)x表。它可以輸入流體的密度、流量(渦輪流量計(jì)、節(jié)流流量計(jì))、比重、溫度、壓力、熱量等信號(hào)。

　　故障處理

　　硬件故障

　　若出現(xiàn)誤差偏大，積算器顯示不亮或不增值，顯示器空白位等現(xiàn)象，其原因：

　　a.安裝不規(guī)范，可直接導(dǎo)致流量計(jì)零漂，如質(zhì)量流量計(jì)安裝在泵出口處較近，傳感器支撐強(qiáng)度不夠，連接法蘭焊接不當(dāng)產(chǎn)生應(yīng)力信號(hào)，電纜受電磁干擾。

　　b.接線問(wèn)題

　　若出現(xiàn)顯示器不亮現(xiàn)象，應(yīng)檢查積算器電源連線，若出現(xiàn)保險(xiǎn)絲被燒，應(yīng)確認(rèn)輸入電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓標(biāo)稱值，交直流形式是否一致。又若出現(xiàn)積算器不隨流量增加時(shí)，應(yīng)檢查積算器接線，若積算器裝有正/反向程序，應(yīng)檢查流量計(jì)接線，因流量計(jì)接線不正確，會(huì)使積算器在反向流時(shí)不遞增。

　　c.工藝介質(zhì)變化

　　若測(cè)量介質(zhì)出現(xiàn)夾氣，氣化或兩相流等現(xiàn)象，變送器會(huì)出現(xiàn)報(bào)警顯示，嚴(yán)重時(shí)，傳感器停止工作。

　　d.變送器失效。

　　e.傳感器失效。

　　f.管道吹掃問(wèn)題。

　　軟件問(wèn)題

　　質(zhì)量流量計(jì)故障處理——對(duì)于剛校驗(yàn)完的流量計(jì)安裝使用前一定要注意在當(dāng)前工況下的零點(diǎn)校驗(yàn)，必須保證流量計(jì)中充滿介質(zhì)后關(guān)閉兩端截止閥才能零點(diǎn)標(biāo)定，具體的方法有很多種，面板操作、手操器以及使用prolinkⅡ軟件。

　　a.零點(diǎn)校準(zhǔn)有誤。

　　b.參數(shù)設(shè)置有誤。

　　c.電源的脈沖波動(dòng)。

　　d.i/o組態(tài)有誤(一定要注意量程)。

　　e.操作有誤