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科里奥利(科氏力)质量流量计说明书

更新时间:2023-10-23 点击量:537

质量流量计是我公司根据科里奥利力原理开发的一种新型的流量测量仪表,可直接测量封闭管道内流体的质量流量和介质的密度。流量计由流量测量传感器和信号转换器两部分组成。


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一、主要特点

1、能够直接测量流体的质量流量(这对能源的计量和化学反应等生产过程检测控制具有重要意义)

2、测量准确度高(测量准确度可保证在 0.1%~0.5%)

3、可测比较大,一般保证基本准确度的可测比为 10:1 或 20:1

4、应用范围广,除正常的流体测量外还可测量一般流体测量仪表较难测量的工业介质,如高粘度流体、各种浆液、悬浮液等

5、可在线测量被测介质的密度、温度等参数,并以此派生测量溶液中溶质的浓度

6、安装要求不高,对上下游直管段没有什么要求

7、运行可靠、维修率低






二、应用领域

(1)质量流量计的特点确定了流量计可以在下述领域中得到广泛的应用:

(2_流体能源、流体原料、产品的计量,例如石油、化工原料及产品的装车(装船)、卸车(卸船)的计量及包装计量;

(3)石油、化工、食品、医药行业生产过程对物料的精准计量、控制;

(4)高粘度物料的在线计量,例如沥青、重油、油脂的计量;

(5)有悬浮物及固体颗粒物物料的计量,例如水泥浆、石灰浆的计量;

(6)易凝固物料的保温计量,例如沥青等易凝固物料的计量实现保温状态工作;

(7)中高压气体的精确计量,例如 CNG 石油天然气的计量;

(8)微小流量测量,例如精细化工及医药行业微小流量的测量;

(9)在线测量介质的密度,并以此派生出测量溶液的溶质所含的浓度,例如石灰浆液石灰浓度测量;

(10)超低温介质流量的测量,例如液氮、液氧等液化气的测量;

(11)高温介质的流量测量,例如高温油(温度可达 200~300℃)的测量;

(12)高压介质的流量测量,例如石油钻井固井用水泥浆流量的测量(高压几十 MPa)等等。






三、工作原理

当一个位于以 P 为固定点(旋转中心)作旋转运动的管子内的质点做朝向旋转中心或离向

旋转中心的运动时,将产生一惯性力,原理如图 1.1:


CMF工作原理图1.png


 

图中质量为δm的质点以匀速υ在管道内向右运动,而管道围绕固定点 P 以角速度ω旋转。

此时这个质点将获得两个加速度分量:

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 点。

2、切向加速度αt(科里奥利加速度),其量值等于 2ωυ,方向与αr 垂直。

由切向加速度产生的作用力称为科里奥利力,其大小等于 Fc=2ωυδm。在图 1.1 中流体

δm=ρA×ΔX,因此科氏力可以表示为:


ΔFc=2ωυ×δm=2ω×υ×ρ×A×ΔX=2ω×δqm×ΔX


式中 A

为管道内截面积

δqm=δdm/dt=υρA

对于特定的旋转管道,其频率特性是一定的,ΔFc 仅取决于δqm 。因此直接或间接测量科氏力就可以测量质量流量。科氏原理质量流量计就是根据上述原理工作的。实际的流量传感器并非实现旋转运动,而代之以管道振动。其原理示意如图 1.2、图 1.3、图 1.4 所示。一个弯管道的两端被固定,在两个固定点的中间位置给管道施加振动力(按管道的谐振频率),使其以固定点为轴以其自然频率ω振动。当管道内没有流体流动时,管道只受外加振动力作用,管道两个半段振动方向相同,没有相位差。当有流体流动时受管道内流动的介质质点科氏力 Fc 的影响(在管道的两个半段科氏力 F1、F2 大小相等、方向相反图 1.2),管道的两个半段按相反的方向发生扭动,产生相位差(图 1.3、图 1.4),这一相位差同质量流量成正比。传感器的设计就是把科氏力的测量转为对振动管两侧相位时差的测量,这就是科氏质量流量计的工作原理。



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第二部分  传感器

一、传感器的结构其功能特点

1、传感器外形结构

质量流量计传感器,根据振管结构分为U型结构及三角型结构:

DN20-DN200传感器结构为U型结构

DN3-DN15传感器为三角型结构

U型结构及三角型结构外形如下图所示


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2、传感器结构

(1)普通型传感器结构,传感器是由测量管、测量管驱动装置、位置检测器、支撑结构、温度传感器、壳体等几部分构成。

支撑结构:测量管固定在支撑结构上,作为振动系统的振动轴心。

①测量管(振动管):由两根平行弯管组成。

②位置检测器:用于检测测量管的扭曲变化。

③驱动装置:产生电磁力,用以驱动测量管,使其以接近谐振频率振动。

④壳体:用于保护测量管和驱动、检测装置。

(2)保温型传感器

保温型传感器主要用于在常温下容易凝固的介质流量测量,保温型传感器的外侧有保温夹层,使用时夹层内通有保温介质,保证传感器的一定的使用温度,以保证介质在流量计内始终保持在可流动状态。其结构如图2.4、图2.5、图2.6:

 



 

 

1--保温外壳:外壳为夹层结构,内层为传感器的保护层,外层为保温层。内外夹层间可通蒸汽、热水、热油等保温介质,已达到传感器保温的目的。夹层耐压根据用户需要设计,用户使用时保温介质的压力不得大于标注的设计压力。保温介质的温度根据用户需要控制,但一般保温介质的温度不得超过 200℃。

2--传感器连接法兰

3--传感器信号连接接头。使用时与转换器相连接。

4--传感器支架体(分流器)

5--保温介质连接接头:外壳两侧有保温介质的连接接头,接头形式及规格一般根据用户要求配置。用户的保温介质通过这两个接头引入、引出。保温介质的引入、引出管的配置根据需要要考虑传感器连接法兰及传感器支架(分流器)的保温。

6--放水阀:保温层底部安装有针型阀,此阀门用于释放保温蒸汽产生的冷凝水或保温介质的排放。保温蒸汽流通时(尤其是不流动时)可能会产生冷凝水,冷凝水积存过多会影响保温效果(甚至可能会产生气锤现象),因此需要及时排放积存的冷凝水。考虑传感器的外层绝热保温与工艺管路绝热保温相协调,传感器出厂时外侧没有实施绝热保温。传感器安装完毕,并连接保温介质管后,根据需要应由用户实施绝热保温。

3. 传感器结构特点:

(1)测量信号大,测量精度容易满足要求;

(2)安装应力影响小;

(3)U 型管结构具有自排空能力;

(4)外壳结构具有二次耐压保护功能并易于实现保温;

(5)小口径传感器安装尺寸小。




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二、传感器型号及技术参数:





 

 

2. 转换器型号

转换器选型表


XXX

X

X

X

X

X

型号

转换器型号







 

供电电压

220VAC

A

24VDC

B

其他

C

输出方式

4-20mA、脉冲、RS485

1

4-20mA、脉冲、HART

2

其他

3

 

防爆要求

防爆

H

非防爆

I

其他

G

 

电气接口

M20*1.5

6

1/2 NPT

7

3/4 NPT

8

其他

9

 

语言

中文

L

英文

M

俄文

N

 



















3. 传感器规格及技术参数

(1)传感器规格、量程、零点稳定性

通经

流量范围

零点稳定性

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:流量范围给出了两个参数,中间参数为标准流量范围,一般出厂检验按此量程进行检9验,同时也建议用户在此量程范围内选用仪表;后一个参数为保证传感器稳定工作的上限流量范围。

 

(2)流量(液体)测量精度:

流量计精度

测量误差

重复性

0.1%

±0.1%±(零点稳定性/测量值)%

1/2测量误差_%

0.15%

±0.15%±(零点稳定性/测量值)%

1/2测量误差_%

0.2%

±0.2%±(零点稳定性/测量值)%

1/2测量误差_%

(3)密度(液体)测量范围和精度:

测量范围:0.3~3.000g/cm3、测量精度:±0.002g/cm3

(4)温度测量范围和精度:

测量范围:-200~350℃、测量精度:±1℃

(5)被测介质工作温度:

-200℃~350℃、标准型:-50~200℃、高温型:-50~350℃、低温型:-200~200℃

(6)适用环境温度:-40℃~60℃

(7)材质:测量管为316L 外壳为304

(8)工作压力:0~4.0MPa、注:传感器的实际耐压各规格不同,这里只是标准耐压。

(9)防爆标志:Ex d [ia]ⅡC T6 Gb

 


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第三部分  流量信号转换器

一、概述

流量信号转换器是与科氏质量流量计传感器配套使用的流量测量信号转换仪表。它由信号基础转换器及显示器组合而成,具有传感器振管驱动、相位信号检测、流量运算显示、流量积算、信号远距离传输等功能,与我公司生产的科氏质量流量传感器合为一体,组成具有就地显示功能的质量流量计。现已开发配套的转换器有四种型号。转换器的设计充分考虑了不同用户的使用要求,除正常测量显示介质质量流量、密度、温度、累计流量值,还可实现单向计量控制、质量流量/ 体积流量换算显示测量、介质浓度测量、管道吹扫辨别等多种附加功能。同时具有现场自动对 零、故障状态显示报警、超量报警提示、多种标准脉冲频率输出选择等功能,方便仪表的使用和维护。

各型号转换器功能参数列表如下:表 3.1

科氏力质量流量计转换器参数表.png


 

 

二、主要技术参数


科氏力质量流量计参数.png

 

 



第四部分 流量计的选用、安装、使用

一、流量计的选用

质量流量计的选型一般应考虑以下若干原则:

(1)介质适用范围及安全性

介质的可测性:科氏质量流量计可测量流体范围比较广,但也有一些场合不适合直接选用。例如团状流流量(气体在液体流体中以气体团状混合在一起)、脉动流流量(低速柱塞泵输送的流体)等。在这些场合需要采用质量流量计时必须采取相应的辅助措施。

介质的腐蚀性:标准规格质量流量计传感器振管材质为 316L 不锈钢,外壳为 304 不锈钢。选用时必须确认传感器材质(尤其是振管材质)对介质测量良好的防腐蚀能力。若上述材质不合适,应选用防腐型传感器。

介质温度、仪表耐压等级:标准型号传感器介质适用温度范围为-50~200℃、耐压为 4MPa,当使用条件超出此范围时必须选用特殊规格传感器。

环境使用条件:流量计技术手册标明了传感器及转换器的使用环境温度条件。当超出规定条件使用时仪表可能出现不能正常显示等现象,在高寒地区室外安装使用时、在高温环境使用时必须注意这一点,并采取相应的措施。

防爆及防护性能:我公司产品转换器的防爆标准是隔爆型,而传感器的防爆标准是安全火花型的,选用时应注意防爆标记是否适合使用环境防爆等级需要。转换器的防护等级为 IP67,一般可在室外直接安装使用,当经常湿淋时应采取相应的措施。

(2)流量测量参数的合理性

流量计测量范围的覆盖性:能够覆盖整个流量测量范围是仪表安全运行的需要。必须避免一味追求测量精度而选用较小的量程范围而可能出现超出量程的测量出现。较佳测量范围的使用及仪表使用准确度:质量流量计的正常测量范围选用在标准量程的1/3 至 2/3 比较合适。此时不仅能保证基本测量准确度,而且压力损失也比较小。使用在过小的量程范围可能会引起实际测量准确度的下降,而选用在上限的量程使用时可能会引起压力损失的增大。

(3)允许压力损失的考虑

仪表选用时必须考虑仪表压力损失在合理范围之内(尤其是缩径选用传感器时),过大的压力损失会浪费能源,一味地追求减小压力损失,可能会增大测量误差。量程参数表中给出了标准量程及上限的量程,我们建议用户选用一般应选用量程在标准量程范围之内。

(4)流量计的维护性及其他相关因素

这里包括仪表的安装、维护的方便性因素;仪表电源的适配性;信号输送及监控的需要等。



二、流量计的安装

(1)流量计安装的基本要求

质量流量计传感器安装应使传感器流向标识与流体流向一致;科氏质量流量计是根据测量管振动原理测量的流量仪表,因此传感器安装时应考虑相关管路做坚固的支撑,避免仪表及相关管路产生震动;若强烈的管道振动不可避免时,建议用柔性管将管道系统与仪表传感器隔离;安装时连接法兰面应相互平行,使两个法兰的中心位于同一轴线,避免产生附加应力;测量液体流量时应尽可能使流体流向从下至上,同时应避免仪表安装在管路最高处,防止管路气体聚集影响仪表的正常工作。

(2)流量传感器的安装方向

流量传感器的安装基本原则是必须保证传感器内的振管在垂直状态工作。流量计振管可以垂直向下安装、也可以垂直向上安装、或者旗式安装或者斜向旗式安装,但一定避免横向安装(此时振管不仅受到科氏力的作用,还要受到振管重力的作用,使测量不能正常进行)。

常见故障排除表

故障现象

故障原因

解决方法

零点漂移大

 

1.流量计中介质是否满管,且不流动。

2.流量计安装管道是否固定,附近是否有较强振源或变频器等干扰

3.传感器安装有应力

1.打料等方式使流量计满管,关闭流量计两端阀门

2.加支撑或改用软管连接

3.连接管路与传感器接口要同一轴心

瞬时流量显示不正常

 

1.管道实际流量是否超过仪表设置的最大量程。

2.连接传感器管线是否有强烈振动。

3.查看流量计零点是否正常。

4.检查仪表的 F0和 DP 值,判断仪表是否正常工作。

1.减小管道流量或者重新设置流量计最大流量

2.加支撑或改用软管连接

3.满足校准条件的情况下,校准零点。

4.仪表工作不正常联系售后

密度显示不稳定

 

1.通过液晶屏或通讯软件查看F0值是否正常(正常值>50Hz,且数值稳定)

2.检测传感器引脚参数是否正常

1.管道中是否有气泡,并查找气泡产生原因 (如调节阀安装位置不正确)

2.如不正常,联系厂家售后

仪表没有显示

1.仪表电源是否正常

2.测量接线板24V电源是否正常

检查电源电压和接线端子,确保24V电源工作正常

通讯无信号

检查通讯线是否接反或短线

检查线路或者A、B调换接线

 








 





三、流量计的运行 

(1)流量计的零点调整 

流量计初始安装时可能产生安装应力,此应力可能使流量计零点发生变化,使测量产生 误差。因此流量计初始安装后必须检查流量计零点。若零点发生变化应进行零点校正操作。

零点校正准备工作包括:流量计预热运行,用被测介质湿润传感器使其温度接近正常工 作温度;然后停止介质流动(关闭流量计两侧阀门),确保传感器处在满管状态;等待 3~5 分钟,确保流体停止流动状态;采取措施保证管路及传感器处在静止状态,防止管路振 动等影响正确的调零过程。 

按转换器说明书零点校正操作的说明进行零点校正操作,此时指示灯有显示,表示正在 进行零点校正(对零操作持续几秒时间),直到状态指示灯灭,仪表正常显示,仪表对零结束, 此过程约需几十秒时间。 


(2)流量计的使用维护 

质量流量计由其结构特点决定使用中一般不需要特殊的维护。但是在一些特殊使用状态下 应采取适当地维护措施,以保证流量计的准确可靠运行。例如: 流体内有颗粒物有可能积存在振管内时,应定期检查和排除,以免影响流量计的正常使用; 测量介质有可能粘附在振管内壁时,应定期进行吹扫以免影响流量计的正常使用; 测量介质内有颗粒物并有可能磨损振管时,应及时检查处理等等。 


(3)常见故障及处理

在安装投用和使用过程中,如果发现流量计工作异常,应判定故障原因。 故障原因可分成两种:应用问题和流量计系统问题。应用问题较为复杂,如工艺、介质状 态变化等引起的测量波动误差,应根据实际情况分析,本章主要讲述流量计系统故障原因和解决办法。


对流量计的故障诊断,用户可以借助面板上的 LED 指示灯和 LCD 显示器,LED 指示灯的不 同颜色代表流量计的工作状态,利于用户察看工作状态;LCD 显示器能显示变送器自诊断的报 警信息,利于用户进行判断并定义故障。 2223 此外,在测试传感器静态电阻值和连接线缆时,会用到手持数字万用表。