化工儀器網
技術文章
科里奧利（科氏力）質量流量計說明書
閱讀：3390 發布時間：2023-10-23質量流量計是我公司根據科里奧利力原理開發的一種新型的流量測量儀表，可直接測量封閉管道內流體的質量流量和介質的密度。流量計由流量測量傳感器和信號轉換器兩部分組成。
一、主要特點
1、能夠直接測量流體的質量流量（這對能源的計量和化學反應等生產過程檢測控制具有重要意義）
2、測量準確度高（測量準確度可保證在 0.1%～0.5%）
3、可測比較大，一般保證基本準確度的可測比為 10:1 或 20:1
4、應用范圍廣，除正常的流體測量外還可測量一般流體測量儀表較難測量的工業介質，如高粘度流體、各種漿液、懸浮液等
5、可在線測量被測介質的密度、溫度等參數，并以此派生測量溶液中溶質的濃度
6、安裝要求不高，對上下游直管段沒有什么要求
7、運行可靠、維修率低
二、應用領域
(1)質量流量計的特點確定了流量計可以在下述領域中得到廣泛的應用：
(2_流體能源、流體原料、產品的計量，例如石油、化工原料及產品的裝車（裝船）、卸車（卸船）的計量及包裝計量；
(3)石油、化工、食品、醫藥行業生產過程對物料的精準計量、控制；
(4)高粘度物料的在線計量，例如瀝青、重油、油脂的計量；
(5)有懸浮物及固體顆粒物物料的計量，例如水泥漿、石灰漿的計量；
(6)易凝固物料的保溫計量，例如瀝青等易凝固物料的計量實現保溫狀態工作；
(7)中高壓氣體的精確計量，例如 CNG 石油天然氣的計量；
(8)微小流量測量，例如精細化工及醫藥行業微小流量的測量；
(9)在線測量介質的密度，并以此派生出測量溶液的溶質所含的濃度，例如石灰漿液石灰濃度測量；
(10)超低溫介質流量的測量，例如液氮、液氧等液化氣的測量；
(11)高溫介質的流量測量，例如高溫油（溫度可達 200～300℃）的測量；
(12)高壓介質的流量測量，例如石油鉆井固井用水泥漿流量的測量（高壓幾十 MPa)等等。
三、工作原理
當一個位于以 P 為固定點（旋轉中心）作旋轉運動的管子內的質點做朝向旋轉中心或離向
旋轉中心的運動時，將產生一慣性力，原理如圖 1.1：
圖中質量為δm的質點以勻速υ在管道內向右運動，而管道圍繞固定點 P 以角速度ω旋轉。
此時這個質點將獲得兩個加速度分量：
1、法向加速度αr（向心加速度），其量值等于ω 2r,其方向朝向 P 點。
2、切向加速度αt(科里奧利加速度)，其量值等于 2ωυ，方向與αr 垂直。
由切向加速度產生的作用力稱為科里奧利力，其大小等于 Fc=2ωυδm。在圖 1.1 中流體
δm=ρA×ΔX,因此科氏力可以表示為：
ΔFc=2ωυ×δm=2ω×υ×ρ×A×ΔX=2ω×δqm×ΔX
式中 A
為管道內截面積
δqm=δdm/dt=υρA
對于特定的旋轉管道，其頻率特性是一定的，ΔFc 僅取決于δqm 。因此直接或間接測量科氏力就可以測量質量流量。科氏原理質量流量計就是根據上述原理工作的。實際的流量傳感器并非實現旋轉運動，而代之以管道振動。其原理示意如圖 1.2、圖 1.3、圖 1.4 所示。一個彎管道的兩端被固定，在兩個固定點的中間位置給管道施加振動力(按管道的諧振頻率)，使其以固定點為軸以其自然頻率ω振動。當管道內沒有流體流動時，管道只受外加振動力作用，管道兩個半段振動方向相同，沒有相位差。當有流體流動時受管道內流動的介質質點科氏力 Fc 的影響（在管道的兩個半段科氏力 F1、F2 大小相等、方向相反圖 1.2），管道的兩個半段按相反的方向發生扭動，產生相位差（圖 1.3、圖 1.4），這一相位差同質量流量成正比。傳感器的設計就是把科氏力的測量轉為對振動管兩側相位時差的測量，這就是科氏質量流量計的工作原理。
第二部分 傳感器
一、傳感器的結構其功能特點
1、傳感器外形結構
質量流量計傳感器，根據振管結構分為U型結構及三角型結構：
DN20-DN200傳感器結構為U型結構
DN3-DN15傳感器為三角型結構
U型結構及三角型結構外形如下圖所示
2、傳感器結構
（1）普通型傳感器結構，傳感器是由測量管、測量管驅動裝置、位置檢測器、支撐結構、溫度傳感器、殼體等幾部分構成。
支撐結構：測量管固定在支撐結構上，作為振動系統的振動軸心。
①測量管（振動管）：由兩根平行彎管組成。
②位置檢測器：用于檢測測量管的扭曲變化。
③驅動裝置：產生電磁力，用以驅動測量管，使其以接近諧振頻率振動。
④殼體：用于保護測量管和驅動、檢測裝置。
（2）保溫型傳感器
保溫型傳感器主要用于在常溫下容易凝固的介質流量測量，保溫型傳感器的外側有保溫夾層，使用時夾層內通有保溫介質，保證傳感器的一定的使用溫度，以保證介質在流量計內始終保持在可流動狀態。其結構如圖2.4、圖2.5、圖2.6：
1--保溫外殼：外殼為夾層結構，內層為傳感器的保護層，外層為保溫層。內外夾層間可通蒸汽、熱水、熱油等保溫介質，已達到傳感器保溫的目的。夾層耐壓根據用戶需要設計，用戶使用時保溫介質的壓力不得大于標注的設計壓力。保溫介質的溫度根據用戶需要控制，但一般保溫介質的溫度不得超過 200℃。
2--傳感器連接法蘭
3--傳感器信號連接接頭。使用時與轉換器相連接。
4--傳感器支架體（分流器）
5--保溫介質連接接頭：外殼兩側有保溫介質的連接接頭，接頭形式及規格一般根據用戶要求配置。用戶的保溫介質通過這兩個接頭引入、引出。保溫介質的引入、引出管的配置根據需要要考慮傳感器連接法蘭及傳感器支架（分流器）的保溫。
6--放水閥：保溫層底部安裝有針型閥，此閥門用于釋放保溫蒸汽產生的冷凝水或保溫介質的排放。保溫蒸汽流通時（尤其是不流動時）可能會產生冷凝水，冷凝水積存過多會影響保溫效果（甚至可能會產生氣錘現象），因此需要及時排放積存的冷凝水。考慮傳感器的外層絕熱保溫與工藝管路絕熱保溫相協調，傳感器出廠時外側沒有實施絕熱保溫。傳感器安裝完畢，并連接保溫介質管后，根據需要應由用戶實施絕熱保溫。
3. 傳感器結構特點：
(1)測量信號大，測量精度容易滿足要求；
(2)安裝應力影響小；
(3)U 型管結構具有自排空能力；
(4)外殼結構具有二次耐壓保護功能并易于實現保溫；
(5)小口徑傳感器安裝尺寸小。
二、傳感器型號及技術參數：
2. 轉換器型號
轉換器選型表 | |||||||
XXX | X | X | X | X | X | ||
型號 | 轉換器型號 | ||||||
供電電壓 | 220VAC | A | |||||
24VDC | B | ||||||
其他 | C | ||||||
輸出方式 | 4-20mA、脈沖、RS485 | 1 | |||||
4-20mA、脈沖、HART | 2 | ||||||
其他 | 3 | ||||||
防爆要求 | 防爆 | H | |||||
非防爆 | I | ||||||
其他 | G | ||||||
電氣接口 | M20*1.5 | 6 | |||||
1/2 NPT | 7 | ||||||
3/4 NPT | 8 | ||||||
其他 | 9 | ||||||
語言 | 中文 | L | |||||
英文 | M | ||||||
俄文 | N | ||||||
3. 傳感器規格及技術參數
（1）傳感器規格、量程、零點穩定性
通經 | 流量范圍 | 零點穩定性 |
mm | Kg/h | Kg/h |
3 | 0～96～144 | 0.0144 |
6 | 0～540～810 | 0.081 |
8 | 0～960～1440 | 0.066 |
10 | 0～1500～2250 | 0.025 |
15 | 0～3000～4500 | 0.45 |
20 | 0～6000～9000 | 0.9 |
25 | 0～9600～14400 | 1.44 |
32 | 0～18000～27000 | 2.7 |
40 | 0～30000～45000 | 4.5 |
50 | 0～48000～72000 | 7.2 |
80 | 0～120000～180000 | 18 |
100 | 0～192000～300000 | 30 |
150 | 0～360000 | 36 |
注：流量范圍給出了兩個參數，中間參數為標準流量范圍，一般出廠檢驗按此量程進行檢9驗，同時也建議用戶在此量程范圍內選用儀表；后一個參數為保證傳感器穩定工作的上限流量范圍。
（2）流量（液體）測量精度：
流量計精度 | 測量誤差 | 重復性 |
0.1% | ±0.1%±（零點穩定性/測量值）% | 1/2測量誤差_% |
0.15% | ±0.15%±（零點穩定性/測量值）% | 1/2測量誤差_% |
0.2% | ±0.2%±（零點穩定性/測量值）% | 1/2測量誤差_% |
（3）密度（液體）測量范圍和精度：
測量范圍：0.3～3.000g/cm3、測量精度：±0.002g/cm3
（4）溫度測量范圍和精度：
測量范圍：-200～350℃、測量精度：±1℃
（5）被測介質工作溫度：
-200℃～350℃、標準型：-50～200℃、高溫型：-50～350℃、低溫型：-200～200℃
（6）適用環境溫度：-40℃～60℃
（7）材質：測量管為316L 外殼為304
（8）工作壓力：0～4.0MPa、注：傳感器的實際耐壓各規格不同，這里只是標準耐壓。
（9）防爆標志：Ex d [ia]ⅡC T6 Gb
第三部分 流量信號轉換器
一、概述
流量信號轉換器是與科氏質量流量計傳感器配套使用的流量測量信號轉換儀表。它由信號基礎轉換器及顯示器組合而成，具有傳感器振管驅動、相位信號檢測、流量運算顯示、流量積算、信號遠距離傳輸等功能，與我公司生產的科氏質量流量傳感器合為一體，組成具有就地顯示功能的質量流量計。現已開發配套的轉換器有四種型號。轉換器的設計充分考慮了不同用戶的使用要求，除正常測量顯示介質質量流量、密度、溫度、累計流量值，還可實現單向計量控制、質量流量/ 體積流量換算顯示測量、介質濃度測量、管道吹掃辨別等多種附加功能。同時具有現場自動對 零、故障狀態顯示報警、超量報警提示、多種標準脈沖頻率輸出選擇等功能，方便儀表的使用和維護。
各型號轉換器功能參數列表如下：表 3.1
二、主要技術參數
第四部分 流量計的選用、安裝、使用
一、流量計的選用
質量流量計的選型一般應考慮以下若干原則：
（1）介質適用范圍及安全性
介質的可測性：科氏質量流量計可測量流體范圍比較廣，但也有一些場合不適合直接選用。例如團狀流流量（氣體在液體流體中以氣體團狀混合在一起）、脈動流流量（低速柱塞泵輸送的流體）等。在這些場合需要采用質量流量計時必須采取相應的輔助措施。
介質的腐蝕性：標準規格質量流量計傳感器振管材質為 316L 不銹鋼，外殼為 304 不銹鋼。選用時必須確認傳感器材質（尤其是振管材質）對介質測量良好的防腐蝕能力。若上述材質不合適，應選用防腐型傳感器。
介質溫度、儀表耐壓等級：標準型號傳感器介質適用溫度范圍為-50～200℃、耐壓為 4MPa，當使用條件超出此范圍時必須選用特殊規格傳感器。
環境使用條件：流量計技術手冊標明了傳感器及轉換器的使用環境溫度條件。當超出規定條件使用時儀表可能出現不能正常顯示等現象，在高寒地區室外安裝使用時、在高溫環境使用時必須注意這一點，并采取相應的措施。
防爆及防護性能：我公司產品轉換器的防爆標準是隔爆型，而傳感器的防爆標準是安全火花型的，選用時應注意防爆標記是否適合使用環境防爆等級需要。轉換器的防護等級為 IP67，一般可在室外直接安裝使用，當經常濕淋時應采取相應的措施。
（2）流量測量參數的合理性
流量計測量范圍的覆蓋性：能夠覆蓋整個流量測量范圍是儀表安全運行的需要。必須避免一味追求測量精度而選用較小的量程范圍而可能出現超出量程的測量出現。較佳測量范圍的使用及儀表使用準確度：質量流量計的正常測量范圍選用在標準量程的1/3 至 2/3 比較合適。此時不僅能保證基本測量準確度，而且壓力損失也比較小。使用在過小的量程范圍可能會引起實際測量準確度的下降，而選用在上限的量程使用時可能會引起壓力損失的增大。
（3）允許壓力損失的考慮
儀表選用時必須考慮儀表壓力損失在合理范圍之內（尤其是縮徑選用傳感器時），過大的壓力損失會浪費能源，一味地追求減小壓力損失，可能會增大測量誤差。量程參數表中給出了標準量程及上限的量程，我們建議用戶選用一般應選用量程在標準量程范圍之內。
（4）流量計的維護性及其他相關因素
這里包括儀表的安裝、維護的方便性因素；儀表電源的適配性；信號輸送及監控的需要等。
二、流量計的安裝
（1）流量計安裝的基本要求
質量流量計傳感器安裝應使傳感器流向標識與流體流向一致；科氏質量流量計是根據測量管振動原理測量的流量儀表，因此傳感器安裝時應考慮相關管路做堅固的支撐，避免儀表及相關管路產生震動；若強烈的管道振動不可避免時，建議用柔性管將管道系統與儀表傳感器隔離；安裝時連接法蘭面應相互平行，使兩個法蘭的中心位于同一軸線，避免產生附加應力；測量液體流量時應盡可能使流體流向從下至上，同時應避免儀表安裝在管路最高處，防止管路氣體聚集影響儀表的正常工作。
（2）流量傳感器的安裝方向
流量傳感器的安裝基本原則是必須保證傳感器內的振管在垂直狀態工作。流量計振管可以垂直向下安裝、也可以垂直向上安裝、或者旗式安裝或者斜向旗式安裝，但一定避免橫向安裝（此時振管不僅受到科氏力的作用，還要受到振管重力的作用，使測量不能正常進行）。
常見故障排除表
故障現象 | 故障原因 | 解決方法 |
零點漂移大
| 1.流量計中介質是否滿管，且不流動。 2.流量計安裝管道是否固定，附近是否有較強振源或變頻器等干擾 3.傳感器安裝有應力 | 1.打料等方式使流量計滿管，關閉流量計兩端閥門 2.加支撐或改用軟管連接 3.連接管路與傳感器接口要同一軸心 |
瞬時流量顯示不正常
| 1.管道實際流量是否超過儀表設置的最大量程。 2.連接傳感器管線是否有強烈振動。 3.查看流量計零點是否正常。 4.檢查儀表的 F0和 DP 值，判斷儀表是否正常工作。 | 1.減小管道流量或者重新設置流量計最大流量 2.加支撐或改用軟管連接 3.滿足校準條件的情況下，校準零點。 4.儀表工作不正常聯系售后 |
密度顯示不穩定
| 1.通過液晶屏或通訊軟件查看F0值是否正常（正常值＞50Hz，且數值穩定） 2.檢測傳感器引腳參數是否正常 | 1.管道中是否有氣泡，并查找氣泡產生原因 （如調節閥安裝位置不正確） 2.如不正常，聯系廠家售后 |
儀表沒有顯示 | 1.儀表電源是否正常 2.測量接線板24V電源是否正常 | 檢查電源電壓和接線端子，確保24V電源工作正常 |
通訊無信號 | 檢查通訊線是否接反或短線 | 檢查線路或者A、B調換接線 |
三、流量計的運行
（1）流量計的零點調整
流量計初始安裝時可能產生安裝應力，此應力可能使流量計零點發生變化，使測量產生 誤差。因此流量計初始安裝后必須檢查流量計零點。若零點發生變化應進行零點校正操作。
零點校正準備工作包括：流量計預熱運行，用被測介質濕潤傳感器使其溫度接近正常工 作溫度；然后停止介質流動（關閉流量計兩側閥門），確保傳感器處在滿管狀態；等待 3～5 分鐘，確保流體停止流動狀態；采取措施保證管路及傳感器處在靜止狀態，防止管路振 動等影響正確的調零過程。
按轉換器說明書零點校正操作的說明進行零點校正操作，此時指示燈有顯示，表示正在 進行零點校正（對零操作持續幾秒時間），直到狀態指示燈滅，儀表正常顯示，儀表對零結束， 此過程約需幾十秒時間。
（2）流量計的使用維護
質量流量計由其結構特點決定使用中一般不需要特殊的維護。但是在一些特殊使用狀態下 應采取適當地維護措施，以保證流量計的準確可靠運行。例如： 流體內有顆粒物有可能積存在振管內時，應定期檢查和排除，以免影響流量計的正常使用； 測量介質有可能粘附在振管內壁時，應定期進行吹掃以免影響流量計的正常使用； 測量介質內有顆粒物并有可能磨損振管時，應及時檢查處理等等。
（3）常見故障及處理
在安裝投用和使用過程中，如果發現流量計工作異常，應判定故障原因。 故障原因可分成兩種：應用問題和流量計系統問題。應用問題較為復雜，如工藝、介質狀 態變化等引起的測量波動誤差，應根據實際情況分析，本章主要講述流量計系統故障原因和解決辦法。
對流量計的故障診斷，用戶可以借助面板上的 LED 指示燈和 LCD 顯示器，LED 指示燈的不 同顏色代表流量計的工作狀態，利于用戶察看工作狀態；LCD 顯示器能顯示變送器自診斷的報 警信息，利于用戶進行判斷并定義故障。 2223 此外，在測試傳感器靜態電阻值和連接線纜時，會用到手持數字萬用表。
