科里奥利质量流量计在燃油控制中的应用

　　科里奥利质量流量计(CMF)是先进、成熟的流量仪表,应用广泛,其特点有: (1)实现了真正的、高精度的直接质量流量测量。(2)可测量广泛的介质,如腐蚀或卫生的液体、浆体和气体。(3)无可动部件,管路内无障碍物,便于清洗。(4)多参数测量,在测量质量流量的同时,可同时获取密度、体积流量和温度测量值。(5)不受介质温度、粘度、电导或流体状态变化的影响。(6)量程比较大。山西铝厂闪速焙烧炉是引进德国KHD公司设备和美国铝业公司MARKⅢ型工艺生产氧化铝,为正压操作控制,使用柴油和重油喷入炉内燃烧控制炉温; FTQ12总燃油流量计采用美国Micro Motion公司的Coriolis质量流量计,便于燃烧控制及耗油显示和累积计量准确,至今其运行稳定,为提产降耗发挥了重要作用。

　　1　结构和原理

　　采用的科里奥利质量流量计的传感器型号为DS100及变送器型号为RFT9739。

　　D型传感器的结构和原理:在U形管(单管)的进出口端因连着一个T型弹簧片,在片端装有一个电磁传感线圈和一个驱动线圈,在U形管顶端有一个永久磁铁伸入到上述两个线圈内。U形管驱振原理:弹簧片的固有振动使线圈和永久磁铁产生相对运动,从而在传感器线圈中感应出一个感应电压,通过功率放大器放大后又传输到驱动线圈,使振动维持下去。为了控制放大器的增益,中间接有一个峰值检测器。在传感器外壳中的U型流量管振动在它的固有频率上。

　　电磁驱动线圈驱动流量管作近似于音叉的振动,振幅一般小于1mm,频率约80Hz。当流体流入流量管时被强制接受流量管的垂直运动,在流量管向上振动的半个周期时,流体反抗管子向上运动对其垂直动量的增加而对流量管施加一个向下的力;反之,流出流量管的流体对流量管施加一个向上的力以反抗管子向上振动而对其垂直动量减少,这便导致了流量管产生扭曲。在振动的另外半个周期,流量管向下振动,扭曲方向则相反,这一扭曲现象称为科里奥利现象。根据牛顿第二定律F=ma,当密度为的流体以流速V在流量管道内流动时,因流体在U形管的两平行管段流动方向相反,而产生扭角θ和扭矩M,流量管会受到管道中流动的流体产生的科氏力Fc：

　　其中　q=VA;ω为U形管产生正弦变化的角速度;V为流体在管内的流速; q为流体的质量流量,为流体的密度; A为流量管内截面积。

　　U形管绕x-x轴振动,科氏力周期性变化,因U形管两平行直管段是几何对称的,产生的扭矩M=4qωrl,对于一定材质的U形管,M=Kθ。式中　r为两平行管间距, L为流量管进或出口端到顶端间距; K为U形管的角弹性模量。

　　因为θ很小, K、r和L对确定的U形管是已知的,所以流量管扭曲量的大小是完全与流经流量管的质量流量大小成正比的。安装于流量管两侧的电磁信号用于检测振动管的振动,质量流量的大小是由这两个信号的相位差决定的,当没有流体流过流量管时不产生扭曲,两个检测信号的相位差为零;当有流体流过流量管时产生流量管扭曲,导致两个检测信号的相位差,此相位差正比于流过的质量流量。另外,利用流量测量的一对信号检测器可获得谐振频率信号,同时获得的温度信号用于补偿,利用介质的密度与流量管振动周期的线性关系及准确的校定常数,通过测量流量管的谐振频率获得介质的密度。其主要技术参数:质量流量测量范围0~10890kg/h;管道耐压15_·5MPa;介质温度范围-240℃~204℃;零点稳定性3kg/h;连接方式DN25 PN4MPa;管道材料316L不锈钢;质量流量精度为±0_·15%读数±[ (零点稳定性/流量)×100]%;质量流量重复性±0_·05%读数±[0_·5 (零点稳定性/流量)×100]%;压力损失为0~1034kPa。