質量流量計工作原理

科氏質量流量計是質量流量直接式測量方法的一種流量測量裝置，它能夠高準確度的直接測量管道內流體的質量流量,而且穩定度高,可靠性好,量程比大, 又適合應用于高粘度流體，已經受到各方面用戶的青睞，成為目前研究最多、最有前途的直接式質量流量測量儀器。

下面結合圖1簡要地說明科氏質量流量計的工作原理：

圖1（a）描述了傳輸流體的直管的運動。直管在力FE的作用下以一定的激勵頻率發生振蕩運動。S1和S2是兩個傳感器，用于獲得測量信號。

圖1（b）所示，當管內的液體開始流動時，在科氏力FC的作用下，直管也會產生一個振蕩，且該振蕩和流過的質量流量成正比。通過傳感器檢測管子的合成振動就可以得到流體的質量流量。

圖2為典型的科氏質量流量計的裝置。

該裝置有兩只測量管、傳感器、激勵器組成。

圖2中沒有展示的是科氏質量流量計的另外兩個組成部分外殼和用于信號處理、供電、輸入輸出控制的電子設施。一般商用的科氏質量流量計采用磁鐵和線圈來提供驅動力以產生振動。其振幅很小，往往只有幾十毫米。為了減小外部干擾，系統使用兩根反向振動的管子來平衡，或者是在一根管子上加裝特殊的平衡系統。由于管子的振幅很小，所以測量裝置對外部干擾非常敏感。為了減少環境的影響和穩定零點的健壯測量，測量系統必須有準確的平衡。平衡系統越好則測量系統與環境干擾的解耦也越佳。如果沒有足夠的平衡系統，內部的振動可能會傳遞到環境中去，并導致測量的不穩定。

科氏質量流量計的驅動電路產生特定驅動脈沖讓管子以一定的幅度振動。當流體的性質發生改變時，驅動電路必須能快速響應。比如當流體中混入氣泡時，阻尼會迅速增加，這要求系統迅速提供更多的激勵能量，以保證振蕩幅度平穩。 激勵頻率要和系統的諧振頻率一致，這要求驅動電路不僅能控制振蕩幅度，還要能控制振蕩頻率?？剖腺|量流量計的動態響應性能在一些應用如快速控制操作、周期流量波動、快速批灌是十分重要的因素。

傳感器獲得的是微弱的正弦信號，其在進一步的信息處理前需要進行放大。所用到的放大器要有很大的帶寬以減小額外的零點誤差。在科氏質量流量計的相位差測量中。幅值比測量法和時間差的直接測量法，主要是依靠模擬電路來實現，可稱為模擬式的。模擬電路的穩定性較差。易受環境溫度等因素的影響，最終影響到其計量精度。采用傅里葉變換算法，輔以鎖相環技術，使用雙通道高速高精度的A／D芯片對兩路傳感器信號同步采樣后．以數字信號處理器DSP為運算核心，實時精確地計算出兩路信號的相位差和頻率，從而得到流體的質量流量和密度等信息，實現了從模擬式到數字式的轉變。與傳統的模擬式的相比．減少了模擬電路對相位差測量的影響。采用傅里葉算法把信號從時域變換到頻域進行頻譜分析，可以對信號更加準確、有效、快速地分析與處理，有效地抑制了高次諧波和噪聲的干擾，提高了相位差和頻率的測量精度，進而提高了科氏質量流量計的計量精度。

科氏質量流量計的特點：

1)其抗腐蝕,抗污,防爆,耐磨等問題已經滿意地得到解決,因此可以測量范圍廣泛 的介質,如油品,化工介質,造紙黑液,漿體,氣體,固體顆粒的流體以及高粘度的物體.

2)管道內無障礙物,無可動部件,故障因素少,便于清洗,維護和保養.

3) 安裝簡便, 各種尺寸的傳感器管子的進出口方向可隨意調動安裝: 調整, 使用方便, 不必配置進出口的直管段.

4)能較容易地測量多相流體.

5)多參數測量,在測量質量流量的同時,可以同時獲取體積流量,溫度及密度等;對 于影響量,如壓力,溫度,密度和粘度以及流速分布等不敏感.

近十幾年來，人們對科氏質量流量計的興趣在穩步增加?？剖腺|量流量計在食品、飲料、化工、制藥、石油、天然氣等行業獲得了廣泛的應用。隨著人們的關注，科氏質量流量計的性能也在不斷地發展。其最大的優點是能夠直接地測量質量流量，而其他的儀器只能測量體積流量?？剖腺|量流量計的高精度、寬量程、重復性也是其在工業領域中獲得廣泛地應用和快速地發展的進一步原因。