质量流量计的原理和应用

　　黄埔发电厂已经安装了多台质量流量计，质量流量计具有与体积流量计不同的特点。容积式、速度式、差压式流量计属于体积流量计，使用它们测量流量时，倘若被测的介质的温度、压力偏离额定值，介质的密度发生了变化，就不能正确测量流量值。而质量流量计直接反映流体的质量流量值，与介质的温度、压力无关。在本厂质量流量计只应用于燃油流量的计量，实际上它的应用范围很广，能直接测量多种介质的流体的质量流量。

　　黄埔发电厂使用的是罗斯蒙特生产的质量流量计，全称是：科氏力质量流量计，下面将介绍科氏力质量流量计的基本结构、工作原理、性能特点和在黄埔发电厂的应用。

　　1 基本结构

　　科氏力质量流量计的基本结构主要由两根平行的 U 型管，能产生一定频率振动的驱动线圈，两个光电(或电磁)探测器组成，如图 1 所示。

　　2 工作原理

　　两根 U 型管在驱动线圈的作用下以一定频率振动，被测流体从 U 型管流过，其流动的方向与振动方向垂直。由理论力学可知，当某一质量为 m 的物体在旋转参考系中以速度 u 运动时，将受到一个力的作用，其值为FK=2 m ω× u ①

　　式中 FK ——科氏力;

　　u——物体的运动速度矢量，即流体的运动速度;

　　ω——旋转角速度矢量。

　　由于科氏力的存在,管壁将受到流体力的作用。又由于 U 型管两平行直管内的流动方向相反，所以管壁受到的作用力的方向也相反。对于 U 型管来说，就受到一扭矩 M的作用，而 M 的大小直接正比于质量流量 qm。

　　如图 2(a)所示，如果 U 型管两平行直管段的结构上是对称的，则直管上的微元长度dy 所受的扭矩为

　　d M=2rdFK=4r uω dm ②

　　式中ω—— 角速度，实用上，U 型管并不旋转，而是以一定频率振动，所以，角速度为一以正弦规律变化的值;d FK ——微元 dy 管道所受科氏力的绝对值，显然，U 型管振动时，d F K 也为一正弦变化量，但两平行管所受的力在相位上相差 180°;d m ——微元管道长度 dy 内的流体质 量 ;u ——流体速度，可表示成 dy/dt;

　　所以，①式又可写成：

　　d M=4r ω(dy/dt)dm=4r ωqm dy ③

　　式中：qm = d m / dt 为质量流量。积分上式，得

　　M= ∫d M=∫4r ωqm dy=4r ωqm L ④

　　假定在该力矩作用下，U 型管产生扭转角为θ(如图 2 (b ))。由于θ角一般很小故有

　　M = Ks θ ⑤