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质量流量计现在受到用户的青睐,是由于它能直接测量管道内流体的质量流量,而不必像过去那样,分别测量被测流体的体积流量和密度,然后计算求得。此外,它的精度和稳定度较高,量程比也比较大,但是其性能价格比太高。对制造厂商而言,这是个利润颇丰的产品,所以对此产品的开发、试制和推销,一直是积极的。
原理
科氏质量流量计的原理,实质是利用一个弹性体的共振特性:队友流体流动和无流体流动的振动(在共振区附近)的金属管元件,测定其动态响应特性,求出此谐振系统的相位差(时间差)与质量流量之间的关系。而有流体流动的金属管元件谐振的动态响应特性,与无流体流动的金属管的动态响应特性之间的差别,是由于 Coriolis 效应引起的。所谓柯氏效应,是指当质点在一个转动参考系内作相对运动时,会产生一种不同于通常离心力的惯性力作用在此质点上。其大小与方向可用2mvXw(公式)来表示。这是法国科学家Coriolis首先发现的。利用上述原理的弹性元件构成的流量计又称为柯氏质量流量计。所以要在理论上分析、发展质量流量计,其难点实质上是来计算弹性金属管的动态谐振特性。这主要是靠固体力学理论对弹性体作振动分析来确定。现有的文献报道,一种是对挠性管进行动态响应分析。
挠性管的动态响应分析
(i) 挠性曲管的分析
Hemp and Sultan (Cranfield Institute of Technology, England) 用 Euler梁理论,对挠性曲管的谐振的动态响应进行过分析,并结合U-型管作了具体计算。
a. 方程
对于不同的几何形状,上述的一般性公式和边界条件还可以在进一步简化。譬如,对弹性金属管的直管部分,可以令 a 趋于无穷即可。
b. 边界条件
在端点上,有在不同形状的管段的连接点上
c. 数值求解和计算结果
作者计算出了 U-型元件的基频和其谐振的振动模态(位移模态和弯曲模态),以及其相位和流量之间的关系式,理论计算值与实验值吻合得很好。
(ii) 挠性直管的分析
Raszillier and Durst(University of Erlangen,Germany)用 Euler 梁理论,考虑流体是运动弦,对一维挠性直管的谐振的动态响应进行了分析
a. 方程(Oscillating tube of staight part )
b. 边界条件
c. 数值求解和计算结果
作者用了颇为复杂的求解过程,计算出了有流体流动和无流体流动的直管的基频
和其谐振的位移振动模式,并由此计算出相位差和流量之间的关系。