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科里奥利质量流量计的现状与未来

作者: 时间:2013-08-09 来源:网络 收藏

目前,以Coriolis力为原理而设计的,其一次元件有各式各样的几何形状,如:

双U型或三角型
双S型
双w型
双K型
双螺旋型
单管多环型
单J型
单直管型
双直管型

当前急需解决的某些力学问题

1.从理论上讲,柯氏的精度是不受被测流体的工况条件影响的,但实际情况的确是受流体的各种工况条件影响的(虽然这种影响较小),原因还一时查不清楚。作者估计,是由一次元件的管道内的二次涡流引起的附加柯氏效应造成的。
因为北侧的流体总是由粘性的,所以管道内截面上的速度剖面是近似抛物型(大粘性情况)和幂次型(小粘性情况),而不是均匀速度剖面。在管道壁上的流速为零,而中心线上的流速最大,这样一来,在截面不同半径位置上的柯氏加速度就不一样。于是,非均匀的柯氏效应就会产生二次涡流,其方向与振动管旋转向量的方向是相互垂直的。对不同工况条件下的流体,流量计的感受管内的流态是不尽相似的,由此而产生附加柯氏效应,其大小也不同。这样就使流量计的精度发生变化,以至超出厂家给出的范围值。

2.原则上可以测量两相流体,但实际上测量误差也较大,使工业界无法接受在此领域的应用,目前也正在进一步研究这一问题。作者估计造成上述问题的原因,同上。

3. 另外,由于一次元件时振动型的,所以它受外界的振动的干扰影响较大,这个问题已引起厂家的重视,正在进行研究。作者认为这个问题应从设计的抗振动的元件以及电路着手,但首先应分析清楚频移和锁频等现象,然后才能找到合适的抗振措施。

材料问题

由于一次传感器时振动金属管,所以要考虑管材能在各种环境下经受疲劳的冲击以及承受腐蚀的能力。大家知道,增加的抗疲劳损伤的能力,一是减少金属管的振动幅值,二是增加振动管的壁厚,三是选择恰当的金属材料。目前多数用316L不锈钢材,更理想的金属材料是哈氏合金(Hastelloy alloy),即NiCrMo合金,它的抗疲劳损伤的能力比316L要强一些,尤其是实用氯化物腐蚀的情况。?钛合金最佳,但后者价钱太贵。
应用
Coriolis质量流量计特别适合应用于大粘度的非牛顿流体的流量测量,即特别合适测量粘稠甚至难于流动的介质如:
各种事物浆 乳胶混合浆
油漆涂料 维生素浆
纸浆 重油
高分子聚合物的浆液等。。。。
所以,西方已把Coriolis质量流量计推广应用到各个不同工业领域内:如化学和制药业,食品饮料业,制冷,能源业,石油化工业等。在上述工业中,多数用在配料混合的加工过程的控制。此外,也用在车载和穿在装卸的脊梁上。

精度问题
目前西方制造厂家都宣称Coriolis质量流量计的精度可达到0.5%,甚至为0.2%或0.1%。但实际使用时要特别小心,在低流量范围上的精度一般是达不到上述精度值。此外,二次仪表的零点漂移,特别在使用一段时间后,达不到厂家给出的值。

远景
估计,目前全世界大约已有十五万台质量流量计在各种土同工业部门运转.现在质量流量计约占西方每年生产和销售的各种流量计的总台数3%-5%左右,但由于质量流量计含有的高技术附加值很大,其利润可以高达70%以上,所以西方公司从中获利颇丰。
从目前全世界的流量计量的发展来看,毫无疑问,Coriolis质量流量计看来会很快占领原来以容量计量为主的计量领域的一块较大的市场。这是一个利润颇丰的产品,随着市场的剧烈竞争,其价格/性能比,也会适当降低一些。但是也只有其价格/性能比大大降低后,才能真正在工业界得到广泛的应用。

国内推广应用问题
作者认为,近年来国内对Coriolis质量流量计的期望过高,认为它可以用到任何地方上。这是误解。大家知道,在工业生产过程中,对各种参数的测量,如温度,压力等,以流量测量最复杂,业较难测得很准确。但是流量的测量方法和原理也最多,各式各样,五花八门。迄今,各种流量仪表不下几十种,甚至上百种。目前,无论哪一种流量仪表也无法把另一种仪表挤出市场,而独霸天下,而是各有各的适用领域。在流量仪表选型时,在能满足用途的条件下,凡是能选用简单、可靠的,就不选用结构复杂的。此外,在平衡选择的仪表的一次性投资和常年维持费用的条件下,选用投资最佳的情况。就采用Coriolis质量流量计而言,凡是能用其它型式的流量仪表进行测量,就选用其它仪表,而不用Coriolis质量流量计,因为一般情况下,前者总比后者便宜。

国内生产问题

在我国国内生产柯氏质量流量计,由于我国即将成为GATT的成员国,首先要注意知识产权问题,以避免引起法律纠纷。目前质量流量计的弹性元件之所以有各式各样的形状,主要是前一种几何形状出现后,后来发展的一次元件的形状,必须避开已申请专利的这一形状。在二次仪表的电路设计思想上,也要注意其中某些关键部分,有关生产厂家是否已申请专利备案,在二次仪表的外形设计和电路布置上也一定要赶在我国加入GATT前,尽快摆脱照抄或仿制阶段,否则会引起知识产权的法律纠纷。此外,产品只有在形成一定的批量后,才能降低成本,具有竞争力,所以在我国国内独立生产柯氏质量流量计问题,是任重而道远的。

参考文献
1.G.Sultan and J.Hemp, J. of Sound Vibration (1989)123(3),473.
2.H.Raszillier and F. Durst, Arch. Of Applied Mechanics (1991)61(3),192.
3.F.Cascetla, et.al, Measurement (1991)no.34.(end
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