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法向加速度和切向加速度是什么(质量流量计原理及应用)

时间: 2024-08-06 11:00:25


一、测量原理

一台质量流量计的计量系统包括一台传感器和一台用于信号处理的变送器。Rosemount质量流量计依据牛顿第二定律:力=质量×加速度(F=ma),当质量为m的质点以速度V在对P轴作角速度ω旋转的管道内移动时,质点受两个分量的加速度及其力:

(1)法向加速度,即向心加速度αr,其量值等于2ωr,朝向P轴;

(2)切向角速度αt,即科里奥利加速度,其值等于2ωV,方向与αr垂直。由于复合运动,在质点的αt方向上作用着科里奥利力Fc=2ωVm,管道对质点作用着一个反向力-Fc=-2ωVm。

当密度为ρ的流体在旋转管道中以恒定速度V流动时,任何一段长度Δx的管道将受到一个切向科里奥利力ΔFc: ΔFc=2ωVρAΔx (1)

式中,A—管道的流通截面积。

由于存在关系式:mq=ρVA

所以:ΔFc =2ωqmΔx (2)

因此,直接或间接测量在旋转管中流 动流体的科里奥利力就可以测得质量流量。

二、优缺点

优点:①直接测质量流量。在计量测试领域中,质量同长度和时间一样,都是基准量,而不是导出量。在过程检测和控制中,用质量流量来表示物质的量是最理想、最准确的。在化学反应和其他生产过程中,物质的反应和处理几乎都是以质量为基础进行的;在流体产品或半成品的贸易交接和经济核算中,大部分是以质量为基准的;在很多过程中,如某些价格昂贵的添加剂,要求高精确度的质量检测和控制,不仅涉及生产成本的计算,并且直接关系到产品的质量优劣。

为了解决质量流量的测量,数十年来人们尝试了各种方法,如称重法、推导法,采用各种直接测取质量流量的装置等,但均不理想。自1978年美国James E. Smith推出商品化的CMF以来,使得工业上质量流量测量技术出现了一个全新的局面。CMF直接测量质量流量,其结构紧凑,基本不受温度、压力、黏度等影响(有的经补偿而保持很高的准确度)。

②应用范围广。CMF可用于一般流量仪表较难测量的工业介质,无论是导电或非导电液体均可测量,如非牛顿流体、各种浆液、悬浮液、液化气等,其广泛用于石油、石油化工、化学、食品、造纸、制药、橡胶等行业。

③无可动部件及任何接触式探测元件。测量管本身的振动极微,不会造成对流体的干扰,以及这种干扰对于流量传感器带来的影响。可用于高黏稠流体及液——固两相测量。

④精确度高。在一定范围内精确度可这±0.15% ~±0.3%左右;范围度为(20:1)~(lOO:1)。

⑤安装要求不高。不受上游管内流速分布的影响,一般对上、下游直管段没有什么要求,对安装空间的适应性强。但对有些传感器,两端需加防振支撑,并避免两台CMF安装过近。

⑥多功能。同一台CMF可测质量流量、密度、温度、双组分流浓度、体积流量等。

⑦适合双向流测量。

⑧ 较低的维修率。

l缺点:①初购置费较高。但由于它直接测质量流量、精确度高、使用简便、可靠性好,使它总费用(包括仪表费用、泵送费用、维修费用、测量误差造成的损失费用等)并不过高,总体来说是经济的。

②有的产品因结构关系,压力损失较大。

③弹性常数对温度影响灵敏,温度补偿措施有可能不尽完善。

④用于浆液测量时,有可能造成测量管堵塞,要注意清洗措施的可靠。

⑤只能用于压力较高的气体。

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