什么是科里奥利质量流量计_工作原理和常见故障

摘要：科里奥利质量流量计将直接式的高精度质量流量测量变为了现实, 同时它还具有其他流量计所没有的优点, 比如抗腐蚀, 耐磨损, 对不同温度不同压力下的不同密度的介质均能实现高精度的质量流量测量, 文章就科里奥利质量流量计的测量原理做出了简要的分析, 并根据其工作原理分析了安装过程, 工作环境等各种因素对其稳定的高精度测量性能的影响, 同时根据长期的工作经验总结了一些科里奥利质量流量计的常见故障和维修方案。

  在工业生产过程中, 流量是一个非常重要的测量参数。目前测量流量的仪表类型很多, 比较常见的有超声波流量计, 电磁流量计, 涡街流量计, 浮子式流量计, 孔板流量计等等, 这些流量计都有一个共同的特点就是都是测量体积的, 测量精度受到温度, 压力, 等外部影响比较大。在实际的工业生产过程中, 人们出于节能降耗, 提高生产效率, 提高产品质量等各种原因而更加关心测量对象流过管道的质量流量是多少, 科里奥利质量流量计应运而生。它是根据流体在振动的管道中流动时, 会对管壁产生一个与质量流量成正比的力的原理制成的, 这个力就是科里奥利力。

科里奥利力的计算公式如下:

F=2m覣v (1)

上面的式中:F为科里奥利力, m为质点质量, 覣为旋转体系的角速度, v为质点在旋转体系中的运动速度, 其中F、覣、v均为矢量, 且覣是按正弦规律变化的量。

图1

图1为流体经过测量管路的示意图, 由于科里奥利力的存在, 流体经过测量管路时相对于R-R轴会产生一个扭转力矩M, 如图1所示, 因为F1=F2=F, 且r1=r2=r, 所以

将 (1) 代入 (2) 得

M=4覣·v·m·r (3) 因为质量流量qm=tm, 且v=tL, 代入 (3) 得

因为质量流量qm=m/ t, 且v=L/t, 代入 (3) 得

在力矩M的作用下, 测量管会产生扭转角, 角度为θ, 假设测量管路系统的弹性形变系数为K, 那么就有

由 (4) 、 (5) 两式可得

根据正弦定理且转动角θ很小, 所以有

式中△t为测量管路上两个直管端点通过中点位置Z的时间差, 由 (6) 和 (7) 可以得出

qm=8r2·覣·LK·覣·L·△t=K8r2△t (8)

在科里奥利质量流量计的制造过程中, 测量管路系统的弹性形变系数K和两个振动管之间的距离的一半, 即r都是固定已知的, 因此质量流量qm只与△t有关。

由相位检测技术可以很容易测量出△t, 然后经过信号处理电路即可算出流经测量管路的流体的质量流量, 又因为测量管路的振荡频率为流体密度的反比例函数, 因此也可以根据测量管路的振荡频率计算出流经测量管路的流体密度。

除此之外, 一般还会在科里奥利质量流量计的测量管路的进口端管壁上加装一个贴片式铂电阻, 由此铂电阻的阻值算出测量管路的温度, 根据此温度值对测量管路系统的弹性形变系数K以及流体密度值等作出修正, 进一步提高质量流量测量的精度。

图2

  由于科里奥利质量流量计的使用日益广泛, 并且相当部分的流量计都在高温高湿有腐蚀的环境下工作, 同时由于变频器的使用增大的流量计的供电系统不确定性, 因此质量流量计难免会出现各种各样的故障。如果能根据现场现象准确判断出质量流量计的故障所在, 并且快速给出维修意见, 迅速修好质量流量计, 尽快恢复正常生产就能节约大量时间提高了生产效率, 同时避免了采购更新不必要的设备节省大量的流动资金, 能极大的提高工厂的效益。下面是笔者根据从业几年来维护科里奥利质量流量计的工作经验总结的几种常见的故障和相对应的维修方案。

(1) 故障现象:质量流量计变送器无输出, 故障灯也不闪烁。故障原因以及维修方案:首先检查供电系统, 如无220V供电, 交由车间电工处理供电故障;如质量流量计变送器里面的保险丝烧断, 立即更换相同型号的保险丝;如质量流量计变送器的电源板块上的电容有烧断情况出现, 应迅速更换相同型号的电容。

事故案例:乐凯集团股份三号机供料熔化工段有多台流量变送器故障报警, 检查发现测量板均正常工作, 电源供电也正常, 唯独电源板上有一个电容有些松动, 仔细观察电容正极的引脚发现有些烧黑的痕迹, 将其更换新的电容后流量变送器工作正常, 后续检查发现多台流量变送器故障报警均由此电容烧断引起。

(2) 故障现象:质量流量计变送器变送输出瞬时流量显示***大值。故障原因及维修方案:如质量流量传感器损坏, 应更换新的质量流量传感器;如信号传输线路故障, 应更换新的信号传输电缆;如质量流量计变送器的驱动电路没有电压, 应在检查电路之后更换质量流量计变送器内的保险丝, 如质量流量计变送器的驱动电路有直流电压却没有交流电压, 且手触摸质量流量计传感器无振感, 说明振荡系统没有工作, 传感器没有起振, 此种情况下应先确定质量流量计传感器的测量管路是否有堵塞情况出现, 如有堵塞应立即疏通, 如疏通后质量流量计传感器仍无振感, 可轻轻的拍一下质量流量传感器的外壳看能否起振, 如仍旧不能起振, 这说明质量流量传感器的安装有问题, 应该对照说明书从新安装一遍质量流量传感器。

(3) 故障现象:质量流量变送器零点输出稳定, 但是输出不能回到零。负故障原因及维修方案:首先应该排除是不是质量流量传感器安装的问题, 安装是否铅直, 固定是否牢固等, 应对照质量流量计安装说明书重新安装一遍;如用于标定质量流量计的水与实际工况中的流经质量流量计测量管路总的流体的温度, 密度等系数又较大差别的, 应该用于被测流体物理特性相接近的流体重新标定一下;如管道堵塞, 应该清理一下管路;如果以上方法均不能使质量流量变送器的输出回到零点, 如果零点始终高于0, 可以适当增大质量流量变送器测量电路板上的R45、R46或者减小质量流量变送器测量电路板上的R47、R48, 如果零点始终低于0, 方法相反, 可以适当减小质量流量变送器测量电路板上的R45、R46或者增大质量流量变送器测量电路板上的R47、R48。

(4) 故障现象:当流过质量流量计的流体增加时, 质量流量计变送器的输出反而变小了。故障原因及维修方案:按照 (3) 中检查一遍, 如果都正常, 那么流经质量流量传感器的流体的流向与质量流量传感器外壳的指示流向相反, 或者是质量流量变送器的信号线接反了, 将接反的信号线改正即能恢复正常。

(5) 故障现象:在质量流量计正常工作的时候, 质量流量变送器输出波动很大。故障原因及维修方案:检查质量流量传感器的安装, 如安装不稳或者周围有振动源干扰, 重新安装质量流量传感器;检查供电电源的接地线, 接地电阻应小于4Ω, 如果超出此范围, 应重新接地;检查质量流量变送器周围是否有辐射源, 应让质量流量变送器远离变频器, 电机, 频繁动作的动力电气柜等。

  笔者在维护乐凯集团几个相关车间的仪器仪表期间, 利用报废的科里奥利质量流量计作为元器件库, 几年里先后维修恢复好质量流量计变送器十余台, 累计节省流动资金近百万元, 减少了因质量流量计故障而停车的事故, 提高了生产效率, 产生了可观的经济效益。