當(dāng)一個(gè)位于旋轉(zhuǎn)系內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)作朝向或者離開(kāi)旋轉(zhuǎn)中心的運(yùn)動(dòng)時(shí),將產(chǎn)生一慣性力。當(dāng)質(zhì)量為(δm的質(zhì)點(diǎn)以勻速u(mài)在一個(gè)圍繞旋轉(zhuǎn)軸P以角速度ω旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)軸向移動(dòng)時(shí),這個(gè)質(zhì)點(diǎn)將獲得兩個(gè)加速度分量:
(1)法向加速度ar(向心加速度),其值等于ω2r,方向指向P軸。
(2)切向加速度at(科里奧利加速度),其值等于2ωu,方向與ar垂直,正方向符合右手定則,
為了使質(zhì)點(diǎn)具有科里奧利加速度at,需在at的方向上加一個(gè)大小等于2ωuδm的力,這個(gè)力來(lái)自管道壁面。反作用于管道壁面上的力就是流體施加在管道上的科里奧利力Fc。方向與αt相反。
當(dāng)密度為ρ的流體以恒定流速u(mài)沿旋轉(zhuǎn)管流動(dòng)時(shí),任一段長(zhǎng)度ΔX的管道都將受到一個(gè)大小為ΔFe的切向科里奧利力:A為管道內(nèi)截面積。由于質(zhì)量流量qm=ρuA,因此:基于上式,只要能直接或者間接地測(cè)量出在旋轉(zhuǎn)管道中流動(dòng)的流體作用于管道上的科里奧利力,就可以測(cè)得流體通過(guò)管道的質(zhì)量流量。
在過(guò)程工業(yè)應(yīng)用中,要使流體通過(guò)的管道圍繞P軸以角速度ω旋轉(zhuǎn)顯然是不切合實(shí)際的。這也是早期的質(zhì)量流量計(jì)始終未能走出實(shí)驗(yàn)室的根本原因。經(jīng)過(guò)幾十 年的探索,人們終于發(fā)現(xiàn),使管道繞P軸以一定頻率上下振動(dòng),也能使管道受到科里奧利力的作用。而且,當(dāng)充滿流體的管道以等于或接近于其自振頻率振動(dòng)時(shí),維持管道振動(dòng)所需的驅(qū)動(dòng)力是很小的。從而從根本上解決了CMF的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。為CMF的迅速商用化打下了基礎(chǔ)。
經(jīng)過(guò)近二十年的發(fā)展,以科里奧利力為原理而設(shè)計(jì)的質(zhì)量流量計(jì)已有多種形式。根據(jù)檢測(cè)管的形狀來(lái)分,大體上可以歸納為四類(lèi),即:直管型和彎管型;單管型和多管型(一般為雙管型)。
彎管型檢測(cè)管的儀表管道剛度低,自振頻率也低,可以采用較厚的管壁,儀表耐磨、耐腐蝕性能較好,但易存積氣體和殘?jiān)鸶郊诱`差。直管型儀表不易存 積氣體,流量傳感器尺寸小,重量輕。但自振頻率高,為使自振頻率不至于太高,往往管壁做得較薄,易受磨損和腐蝕。單管型儀表不分流,測(cè)量管中流量處處相 等,對(duì)穩(wěn)定零點(diǎn)有好外,也便于清洗,但易受外界振動(dòng)的干擾,僅見(jiàn)于早期的產(chǎn)品和一些小口徑儀表。雙管型儀表由于實(shí)現(xiàn)了兩管相位差的測(cè)量,可降低外界振動(dòng)干擾的影響。
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