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科氏力质量流量计因其高精度（液体±0.1%/0.05%），多参量测绘（质量流量、密度、温度等等）、适用多种介质（液体、气体、浆液）等特点，在流程工业中有着极其广泛的应用；
1、关于科里奥利力
科里奥利力（英语：Coriolis Force；简叫作科氏力）是一种惯性力，是对旋转体系中进行直线运动的质点因为惯性相针对旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。此现象由法国著名数学家兼理学学家古斯塔夫·科里奥利发掘，因而得名。
1.1生活中的科里奥利力
因为自转的存在，地球并非一个惯性系，而是一个转动参照系，因而地面上质点的运动会受到科里奥利力的影响。地球科学行业中的地转偏向力便是科里奥利力在沿地球表面方向的一个分力。地转偏向力有助于解释有些地理现象，如河道的一边常常比另一边冲刷得更厉害（地转偏向力）。
另一，信风季风、热带气旋等等地理现象的存在，亦和科里奥利力关系密切。
科里奥利力和热带气旋的形成
1.2科里奥利力的应用
质量流量计让被测绘的流体经过一个转动或振动中的测绘管，流体在管道中的流动相当于直线运动，测量管的转动或振动会产生一个角速度，因为转动或振动是受到外加电磁场驱动的，有着固定的频率，因而流体在管道中受到的科里奥利力仅与其质量和运动速度相关，而质量和运动速度即流速的乘积便是需要测绘的质量流量，因而经过测绘流体在管道中受到的科里奥利力，便能够测绘其质量流量。
如下图（左）所示，截取一根支管，流体在其内以速度 V从 A流向 B，将此管置于以角速度 ω 旋转的系统中。设旋转轴为 X，与管的交点为 O，因为管内流体质点在轴向以速度 V、在径向以角速度 ω运动，此时流体质点受到一个切向科氏力 Fc。这个力功效在测绘管上，在 O点两边方向相反，体积相同，为：δFc ＝ 2ωVδm
因此呢，直接或间接测绘在旋转管道中流动的流体所产生的科氏力就能够测得质量流量。这便是科里奥利质量流量计的基本原理。
科氏质量流量计的基本原理
初期设计的科氏力质量流量计的结构如上图（右）所示。将在由流动流体的管道送入一旋转系统中，由安装在转轴上的扭矩传感器，来完成质量流量的测绘。这种流量计只是在实验室中进行了试制。
在商品化制品设计中，经过测绘系统旋转产生科氏力是不切合实质的，因而均采用使测绘管振动的方式替代旋转运动。以此一样实现科氏力对测绘管的功效，并使得测绘管在科氏力的功效下产生位移。因为测绘管的两端是固定的，而功效在测绘管上各点的力是区别的，所导致的位移亦各不相同，因此呢在测绘管上形成一个附加的扭曲。测绘这个扭曲的过程在区别点上的相位差，就可得到流过测绘管的流体的质量流量。
高准(Micro Motion)机构于1977年发明了第1台用于工业的科氏力质量流量计。1984年，EMERSON收购了高准(Micro Motion)机构。
2、科里奥利质量流量计测绘管
各样型式的测绘管
从上图能够看到，科氏质量流量计的测绘管型式非常之多：有S 形测绘管、U 形测绘管、双 J 形测绘管、B 形测绘管、单直管形测绘管、双直管形测绘管、Ω形测绘管、双环形测绘管等。为何呢？
2.1质量流量计结构特性
在一个测绘系统中，流体质点功效在测绘管上的科氏力是很小的，这给精确的测绘带来很大的困难。为使测绘管产生足够强的信号，就应加大科氏力对测量管的功效或在一样的科氏力的功效下增大测绘管的变形。从原理上讲 Fc＝2ωVM，在被测流体一按时，仅有加大ω或 V，才可加强Fc。实质中ω的增多，在仪表上就需要加强振动频率和振动的振幅。（当然振动频率的加强，严重地影响测绘管的寿命，而振幅的加强就需供给很强的动力。V 的增多便是增多流速（例如流量计缩颈），这般即增多了测绘管上的静压，亦增大流量计对全部系统的压力损失。这些对流量计本身和全部系统都是有害的。）
区别测绘管的型式，在一样的振动频率的状况下，振幅是不尽相同的，因此呢，得到的科氏力亦是区别的。下面咱们选取几种常用的分别对其结构作一简单介绍。
2.1.1单直管形质量流量计
单直管的质量流量计
这种流量计的结构如上图所示，测绘系统由一两端固定（法兰）的直管及其上的振动驱动器构成。①为测绘管②为驱动线圈（振动驱动器）③④为传感器（负责检测测绘管相位偏移）
在管中流体不流动时，驱动器使管子振动，管中流体不产生科氏力，A、B两点受力相等，变化速度相同，如下图。
当测绘管中流体以速度 V在管中流动时，因为受到 C点振动力的影响（此时的振动力是向上的），流体质点从 A点运动到 C点时被加速，质点产生反功效力 F1，使管子向上运动速度减慢；而在 C点到 B点之间，流体质点被减速，使管子向上的运动速度加快。结果在C点两边的这两个方向相反的力使管子产生一个变形，这个变形的相位差与测管中流体流过的质量流量成正比。
特点： 流通能力优异压损小自排空，易于排污，易于清洗
因此呢，尤其适用于卫生型行业、易堵塞、结晶的介质测绘。
2.1.2微弯管形质量流量计
微弯管型质量流量计的内部结构
这种流量计的结构如上图所示，测绘系统由一两端固定（法兰）的两根平行安置弯管及其上的振动驱动器构成。
流体流经传感器，传感器内两根平行安置的测绘管反相振动，类似音叉动作。测绘管在科氏力作 用下出现形变，引起测绘管两端显现相位差（参见下图）：• 流量为 0 时（流体静止不动），两根测绘管同相振动，无相位差（1）。• 质量流量使得测绘管在入口处（2）振动加速，在出口处（3）振动减速，产生相位差 （2）-（3）。
2.1.3 U形测绘管质量流量计
U型管质量流量计超低温应用
U形管为单、双测绘管两种结构，单测绘管型工作原理如下图
电磁驱动系统以固定频率驱动 U 形测绘管振动，当流体被强制接受管子的垂直运动时，在前半个振动周期内，管子向上运动，测绘管中流体在驱动点前产生一个向下压的力，阻碍管子的向上运动，二在驱动点后产生向上的力，加速管子向上运动。这两个力的合成，使得测绘管出现扭曲；在振动的另一半周期内，扭曲方向则相反。
测绘管扭曲的程度，与流体流过测绘管的值来质量流量成正比，在驱动点两侧的测绘管上安装电磁感应器，以测绘其运动的相位差，这一相位差直接正比于流过的质量流量。
在双 U 形测绘管结构中，两根测绘管的振动方向相反，使得测绘管扭曲相位相差180 度。相对单测绘管型来讲，双管型的检测信号有所放大，流通能力亦有所加强。
2.1.4 Ω形测绘管质量流量计
这种流量计的结构如下图所示，驱动器放在直管部分的中间位置，当管中流体以必定速度流动时，因为驱动器的振动功效，使管子掰开或靠近。
当管子掰开时，在振点前的流体中产生的科里奥利力与振动力方向相反，减慢管子的运动速度；而在振点之后管中流体产生的科氏力与振动方向相同，加快管子的运动速度。当驱动器使管子靠近时，则产生相反的结果。在A、B两点的传感器可测的两处管字运动的相位差，由此可得到流过测管中流体的质量流量。
3、测绘管结构对性能的影响
3.1 测绘管的形状：
测绘系统弹性的增多，增大了功效于振动管系统的科氏力的效应，但亦增大外界机械噪声的干扰和仪表体积。测绘管应尽可能减少急剧弯曲，最大可能的增大测绘管内径，这般能够减少压力损失。双测绘管型的信噪比得到增多，流通能力亦增多，被广泛采用。
3.2管壁
壁厚增多使管子更拥有刚性，亦增多了流动时管子的固定质量，减少了流体中夹杂气体时，因为其分布的不均匀导致比重变化对管子振动的影响，同期加强测绘管耐压、耐磨性，但会降低系统弹性，影响测绘的灵敏性。
3.3制造和安装
测绘管的形状在制作过程应保准其对叫作性，在双测绘管结构中应保准两根管的一致性，传感器的定位要准确，以减少测绘中因为密度或粘度变化对测绘结果的影响。流量质量分配的不稳定性，给测绘结果的准确性带来影响。
从原理上讲，测绘管所受科氏力的体积只与流体的质量流量相关，与流体密度、粘度无关。但密度的变化会带来附加的惯性力；而粘度的变化时测绘管的内壁附着层区别，产生区别的边界层效应。结果导致测绘管的质量分配不稳定，对测绘结果的准确度带来影响。
以上文案，参考了中国计量科研院流量室，李旭老师的“科氏力质量流量计的工作原理和典型结构特性”的专业文案，这里感谢！如触及侵权，请联系咱们删除，谢谢！
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发表于 2024-10-10 17:36:12