科里奧利質量流量計也叫科氏力流量計(下同),是一種直接式質量流量計,可直接反映流體介質的質量流量值。它的工作原理是指管線內某一點位的流體物質按一定速度運動時,當其運動方向改變后,此點位的流體物質仍有保持原有運動方向的趨勢,并產生一個力,這個力的大小根據物理定律與該流體物質的質量有正比關系。質量流量是一種最理想、最準確表示物質的量的方法,過程控制大部分以質量為基準,可測導電或非導電、非牛頓流體,如漿液等。讓測量管在一定范圍內高速往復振動即可改變內部介質運行方向,同時經測量同樣可產生科里奧利力,因而可通過測量克里奧利力對測量管作用后所產生的微型形變而測量流過介質的質量。
科里奧利質量流量計一般由振動管、轉換器和顯示器組成。振動管是流量計的測量管道,是流量計的核心組成部分,是一種非常敏感的元器件。它的形狀主要有U形、直管形。測量管數量大多是單管式和雙管式,雖然形狀各異、數量不同,但測量的基本原理相同。在石油化工行業的裝車棧臺大多采用U形管質量流量計作為貿易結算依據。U形管質量流量計見圖1。
U形管的兩個開口端固定,介質流體由此入口流入和出口流出。U形管頂端裝有電磁激振裝置,用于驅動U形管,使其垂直于U形管所在平面的方向,以O-O為軸按固有頻率振動。U形管的振動迫使管中介質流體在沿管道流動的同時又隨管道作垂直運動;此時介質流體將受到科氏力的作用,同時以反作用力作用于U形管。由于介質流體在U形管兩側的流動方向相反,所以作用于U形管兩側的科氏力大小相等,方向相反;從而使U形管受到一個力矩的作用,管端繞R-R軸扭轉而產生扭轉變形,該變形量的大小與通過流量計的質量流量確定。因此,測得這個變形量,即可測得管內流體的質量流量。科里奧利質量流量計的計算公式可用下式表示。
Qm=FC×(△t-Kn)×(1-FTC×TD)
式中:FC為標定常數,意為每產生1μs相差所對應的流量;△t為相位差;Kn為傳感器在流量為零時的相差;FTC為常數,即溫度變化100℃時由于流量管剛性變化而引起的流量百分比誤差;TD為測量管的實測溫度。