科里奥利质量流量计原理

科里奥利质量流量计原理

质量流量计泛指可以直接测出质量流量读数的流量计。专指利用科里奥利原理的流量计。

质量流量=密度×流速×流通面积 (M=ρνA ),当式中的密度ρ由流量计自行检测获得时,这种流量计就可以称为质量流量计。

质量流量计可分为直接式和间接式两种:

直接式的工作原理往往和介质的质量(密度)相关,即直接测出与ρν成比例的信号。目前运用较多的直接式质量流量计有:利用科里奥利原理的质量流量计和利用流体与固体的热能交换原理的热式流量计。前者只能用于液体介质测量,后者多用于气体介质测量。

间接式则是在测流速的同时测量介质密度,或者测量介质的温度、压力并通过计算获得介质密度,并由密度、流速和流通面积推导出质量流量。

需要特别指出的是:由于测量过程中,介质密度值获得和计算时,会存在时间不同步,或者运算的非连续性,得到的质量流量只是一段时间的平均值,往往不适用于瞬时流量。所以不是所有以此原理工作的流量计或流量测量系统都可以称质量流量计。

利用科里奥利原理的流量计:

在一个转动中的轮盘中,当一个质点从圆心沿着半径向边沿运动时,会产生一个导致圆盘转速下降的力。反之则会产生一个导致圆盘转速上升降的力。这个力的大小和质点的质量以及运动速度有直接关系。最早系统研究这类现象的人叫科里奥利,这个力也被称为科氏力。

将上述现象中的质点运动及轨迹换成管道及其中流动的介质,将将上述现象中的转动限制在很小范围内的来回转动。则根据科里奥利原理可知,当沿管道由圆心向外流动时,会产生一个使来回转动频率下降的力。当沿管道向圆心流动时,会产生一个使来回转动频率上升的力。这个力的大小和介质的密度以及流速大小有直接关系。

制作一个使介质向先下流动,然后再向上使流动的管道,施加一个使管道下方来回震动的,具有固定频率的力,使管道下降段和上升段做来回圆周运动。当管道中介质流动时,由于科氏力的作用,管道下降段和上升段的震动频率与推动管道震动的频率会产生一个相位差。这个相位差与介质的密度、流速、以及管道形状(流通面积)成一定的比例关系,检出这个相位差,可以直接得到质量流量。

根据这个原理工作的流量计,目前都称为质量流量计。

利用流体与固体的热能交换原理的流量计:(热式)

在流体中置一发热物体,流体在经过时会带走热量。

当发热物体温度一定时,流经发热物的流体前后温度会有所不同,其温度差与流经发热物的流体质量相关,检测这个温差可测得流量。同样在保持温差一定的情况下,通过检测发热物的温度或加热能量(电流)同样可测得流量。利用这种原理的流量计一般称热量式流量计。

当发热物体被加热的能量一定时,发热物的温度与流经发热物的流体质量相关,同时发热物的电阻率与其所具有的温度相关,检测发热物的温度或者它的电阻值,同样可测得流量。利用这种原理的流量计一般称热导式流量计。

根据这个原理工作的流量计有:热线风速仪,托马斯流量计,边界层流量计。