科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的現(xiàn)狀與未來
目前,以Coriolis力為原理而設(shè)計(jì)的質(zhì)量流量計(jì),其一次元件有各式各樣的幾何形狀,如:
雙U型或三角型
雙S型
雙w型
雙K型
雙螺旋型
單管多環(huán)型
單J型
單直管型
雙直管型
當(dāng)前急需解決的某些力學(xué)問題
1.從理論上講,柯氏質(zhì)量流量計(jì)的精度是不受被測(cè)流體的工況條件影響的,但實(shí)際情況的確是受流體的各種工況條件影響的(雖然這種影響較小),原因還一時(shí)查不清楚。作者估計(jì),是由一次元件的管道內(nèi)的二次渦流引起的附加柯氏效應(yīng)造成的。
因?yàn)楸眰?cè)的流體總是由粘性的,所以管道內(nèi)截面上的速度剖面是近似拋物型(大粘性情況)和冪次型(小粘性情況),而不是均勻速度剖面。在管道壁上的流速為零,而中心線上的流速最大,這樣一來,在截面不同半徑位置上的柯氏加速度就不一樣。于是,非均勻的柯氏效應(yīng)就會(huì)產(chǎn)生二次渦流,其方向與振動(dòng)管旋轉(zhuǎn)向量的方向是相互垂直的。對(duì)不同工況條件下的流體,流量計(jì)的感受管內(nèi)的流態(tài)是不盡相似的,由此而產(chǎn)生附加柯氏效應(yīng),其大小也不同。這樣就使流量計(jì)的精度發(fā)生變化,以至超出廠家給出的范圍值。
2.質(zhì)量流量計(jì)原則上可以測(cè)量?jī)上嗔黧w,但實(shí)際上測(cè)量誤差也較大,使工業(yè)界無法接受在此領(lǐng)域的應(yīng)用,目前也正在進(jìn)一步研究這一問題。作者估計(jì)造成上述問題的原因,同上。
3. 另外,由于一次元件時(shí)振動(dòng)型的,所以它受外界的振動(dòng)的干擾影響較大,這個(gè)問題已引起廠家的重視,正在進(jìn)行研究。作者認(rèn)為這個(gè)問題應(yīng)從設(shè)計(jì)的抗振動(dòng)的元件以及電路著手,但首先應(yīng)分析清楚頻移和鎖頻等現(xiàn)象,然后才能找到合適的抗振措施。
材料問題
由于一次傳感器時(shí)振動(dòng)金屬管,所以要考慮管材能在各種環(huán)境下經(jīng)受疲勞的沖擊以及承受腐蝕的能力。大家知道,增加的抗疲勞損傷的能力,一是減少金屬管的振動(dòng)幅值,二是增加振動(dòng)管的壁厚,三是選擇恰當(dāng)?shù)慕饘俨牧?。目前多?shù)用316L不銹鋼材,更理想的金屬材料是哈氏合金(Hastelloy alloy),即NiCrMo合金,它的抗疲勞損傷的能力比316L要強(qiáng)一些,尤其是實(shí)用氯化物腐蝕的情況。?鈦合金最佳,但后者價(jià)錢太貴。
應(yīng)用
Coriolis質(zhì)量流量計(jì)特別適合應(yīng)用于大粘度的非牛頓流體的流量測(cè)量,即特別合適測(cè)量粘稠甚至難于流動(dòng)的介質(zhì)如:
各種事物漿 乳膠混合漿
油漆涂料 維生素漿
紙漿 重油
高分子聚合物的漿液等。。。。
所以,西方已把Coriolis質(zhì)量流量計(jì)推廣應(yīng)用到各個(gè)不同工業(yè)領(lǐng)域內(nèi):如化學(xué)和制藥業(yè),食品飲料業(yè),制冷,能源業(yè),石油化工業(yè)等。在上述工業(yè)中,多數(shù)用在配料混合的加工過程的控制。此外,也用在車載和穿在裝卸的脊梁上。
精度問題
目前西方制造廠家都宣稱Coriolis質(zhì)量流量計(jì)的精度可達(dá)到0.5%,甚至為0.2%或0.1%。但實(shí)際使用時(shí)要特別小心,在低流量范圍上的精度一般是達(dá)不到上述精度值。此外,二次儀表的零點(diǎn)漂移,特別在使用一段時(shí)間后,達(dá)不到廠家給出的值。
遠(yuǎn)景
估計(jì),目前全世界大約已有十五萬臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)在各種土同工業(yè)部門運(yùn)轉(zhuǎn).現(xiàn)在質(zhì)量流量計(jì)約占西方每年生產(chǎn)和銷售的各種流量計(jì)的總臺(tái)數(shù)3%-5%左右,但由于質(zhì)量流量計(jì)含有的高技術(shù)附加值很大,其利潤(rùn)可以高達(dá)70%以上,所以西方公司從中獲利頗豐。
從目前全世界的流量計(jì)量的發(fā)展來看,毫無疑問,Coriolis質(zhì)量流量計(jì)看來會(huì)很快占領(lǐng)原來以容量計(jì)量為主的計(jì)量領(lǐng)域的一塊較大的市場(chǎng)。這是一個(gè)利潤(rùn)頗豐的產(chǎn)品,隨著市場(chǎng)的劇烈競(jìng)爭(zhēng),其價(jià)格/性能比,也會(huì)適當(dāng)降低一些。但是也只有其價(jià)格/性能比大大降低后,才能真正在工業(yè)界得到廣泛的應(yīng)用。
國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用問題
作者認(rèn)為,近年來國(guó)內(nèi)對(duì)Coriolis質(zhì)量流量計(jì)的期望過高,認(rèn)為它可以用到任何地方上。這是誤解。大家知道,在工業(yè)生產(chǎn)過程中,對(duì)各種參數(shù)的測(cè)量,如溫度,壓力等,以流量測(cè)量最復(fù)雜,業(yè)較難測(cè)得很準(zhǔn)確。但是流量的測(cè)量方法和原理也最多,各式各樣,五花八門。迄今,各種流量?jī)x表不下幾十種,甚至上百種。目前,無論哪一種流量?jī)x表也無法把另一種儀表擠出市場(chǎng),而獨(dú)霸天下,而是各有各的適用領(lǐng)域。在流量?jī)x表選型時(shí),在能滿足用途的條件下,凡是能選用簡(jiǎn)單、可靠的,就不選用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的。此外,在平衡選擇的儀表的一次性投資和常年維持費(fèi)用的條件下,選用投資最佳的情況。就采用Coriolis質(zhì)量流量計(jì)而言,凡是能用其它型式的流量?jī)x表進(jìn)行測(cè)量,就選用其它儀表,而不用Coriolis質(zhì)量流量計(jì),因?yàn)橐话闱闆r下,前者總比后者便宜。
國(guó)內(nèi)生產(chǎn)問題
在我國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)柯氏質(zhì)量流量計(jì),由于我國(guó)即將成為GATT的成員國(guó),首先要注意知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題,以避免引起法律糾紛。目前質(zhì)量流量計(jì)的彈性元件之所以有各式各樣的形狀,主要是前一種幾何形狀出現(xiàn)后,后來發(fā)展的一次元件的形狀,必須避開已申請(qǐng)專利的這一形狀。在二次儀表的電路設(shè)計(jì)思想上,也要注意其中某些關(guān)鍵部分,有關(guān)生產(chǎn)廠家是否已申請(qǐng)專利備案,在二次儀表的外形設(shè)計(jì)和電路布置上也一定要趕在我國(guó)加入GATT前,盡快擺脫照抄或仿制階段,否則會(huì)引起知識(shí)產(chǎn)權(quán)的法律糾紛。此外,產(chǎn)品只有在形成一定的批量后,才能降低成本,具有競(jìng)爭(zhēng)力,所以在我國(guó)國(guó)內(nèi)獨(dú)立生產(chǎn)柯氏質(zhì)量流量計(jì)問題,是任重而道遠(yuǎn)的。
參考文獻(xiàn)
1.G.Sultan and J.Hemp, J. of Sound Vibration (1989)123(3),473.
2.H.Raszillier and F. Durst, Arch. Of Applied Mechanics (1991)61(3),192.
3.F.Cascetla, et.al, Measurement (1991)no.34.(end 加速度計(jì)相關(guān)文章:加速度計(jì)原理
評(píng)論