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如何处理使用科式流量计BFS过程中的振动?

科式流量计又称为科式流量传感器是一个非常精确的流体测量仪器,与其他测量设备相比,具有很多的优势。但是,每种测量原理都有其挑战,科里奥利原理也有其挑战。在重工业中可能需要处理各种振动的低流量应用,使用科式流量计可能是一个真正的挑战。

科里奥利原理
与其他测量设备相比,科里奥利传感器(又称为科式传感器,科式流量计)具有许多优势。首先,科式流量计测量直接的质量流量,这是该行业的重要功能,因为它消除了由流体物体特性引起的误差。除此之外,科式流量计还具有准确度高、重复性高,没有移动的机械部件以及动态范围大等优点。

振动会影响科式流量传感器的测量精度吗?
在工业应用中,各种振幅不同的振动非常普遍。科式传感器使用传感器管测量质量流量,当流体流过时,振动传感器管会发生波动,这可以从下面的视频中了解到。

该测量技术对频率接近传感器管共振频率(这取决于传感器管的设计例如360Hz)或该频率的高次谐波的有害振动较为敏感(请参见下图)。


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科式流量传感器仅对共振频率或该频率的高次谐波敏感


在工业环境中,发生这些不必要的振动的可能性更高。科式流量传感器制造商竭尽全力通过使用常见的技术解决方案来减少振动对测量值的影响,例如:
(1)更高的驱动频率
(2)两个传感器导管
(3)不同的传感器形状
(4)质量惯性例如质量块
(5)被动和主动振动补偿

因此,振动会影响科里奥利流量传感器的测量精度,但前提是振动的频率必须接近共振频率。您对此可以做什么?这取决于振动的种类。

比较常见的振动有哪些类型呢?
在一个工业区中,可以通过以下方式生成或产生频率:
(1)与环境有关的振动源,例如卡车、铁路运输或行业活动
(2)基于建筑物的振动源(机械和电气装置,如空调)或
(3)基于使用的振动源(已安装的设备和机器,例如泵、传送带)。

这些振动通过地板类介质、空气中、管道或流体本身进行传播。如果这些振动干扰了科里奥利频率,则测得的流量在某种程度上可能是不正确的。

为了较大程度地减少振动的影响,识别这些来源是很有用的。有时,可以稍微移动一下流量计,然后将其旋转(如果流量计旋转90度,科式流量计在大多数情况下对振动的敏感性较低),可以使用较大的质量块,使用柔性导管或U形弯曲金属管,或使用悬挂替代品。

您如何检查科式流量计的性能?


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性能良好的流量计和控制器将提供合适的处理结果。因此,如果在您期望完全相信科式流量计的测量结果之前,能期望的预测到一些发生严重的工业振动,那么建议您在应用中测试科式流量传感器。对测量信号进行滤波处理时要十分小心,但是,如果您想测试流量计的性能,对信号进行滤波处理可能会干扰您的判断。

如果在特定情况下科式流量计没有按照应有的方式工作,那么使用人员会看到过程输出的变化——例如,在向洗涤剂添加颜色的应用中,不正确的计量会导致产品颜色的差异或观察到意外的测量信号行为。在这些情况下,检查原始测量信号(不带滤波器!)是很有意义的,因为它将使您对流量计的性能有很好的了解。请询问您的流量计制造商如何关闭所有信号的滤波/过滤。

振动标准
值得注意的是,在科式流量计的标准中,并未明确定义外部振动的影响。有几种关于振动的标准,但没有关于振动的测量精度的标准。但是,有关振动的两个有用的标准是:

——IEC60068-2,关于安全性的电子设备的环境测试
——MIL STD810,关于振动、运输和使用的环境工程注意事项

作为科式流量传感器的用户,重要的是要了解您的应用,尤其是关于潜在的外部振动源。



科里奥利质量流量测量原理

科里奥利流量计又称为科式流量计或科式传感器,其工作原理主要是基于科里奥利力。科里奥利力在物理世界中是非常常见的,例如地球的自传及其对天气的影响。

科里奥利流量计包含一个固定振动激励的管。当流体(气体或液体)通过该导管时,质量动量将引起导管振动的变化,该导管将扭曲并产生相移。通过传感器测量该相移,并得出与流量成比例的线性输出。

由于科里奥利原理测量的质量流量与导管内部的流量无关,因此可以直接应用于流过导管的任何流体(液体或气体),而热式质量流量计取决于流体的物理特性。此外,通过比较与入口和出口之间的频率变化,还可以测量固有频率的实际变化。频率的变化与流体的密度成正比—并且可以得出进一步的信号输出。在测量了质量流量和密度之后,就有可能得出体积流量。


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科里奥利流量传感器的示意图


体积流量与质量流量
科式传感器测量实际的质量流量,而热式传感器则取决于流体的物理特性。真正的质量流量测量是整个行业的一项重要发展,因为它消除了由流体物理特性引起的误差,尤其是质量流量与体积流量之间的差异。质量不受温度和压力变化的影响,仅此一项就使其成为流体流量测量的重要方法。


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只要遵守过程条件和校准参考条件,体积流量就精度而言仍然有效。体积测量设备(例如可变面积仪表和涡轮流量计)无法区分温度或压力变化。

用于气体和液体测量的科式流量计区别与热式流量计的地方:
(1)独立于流体的流量测量和控制—无需重新校准
(2)可以使用同一个传感器测量气体和液体
(3)能够测量不确定的或可变的混合物
(4)适用于超临界流体,例如二氧化碳(CO2)或乙烯(C2H4)
(5)占用空间小
(6)高准确度:液体的准确度为测量值的0.2%±液体的领稳定性,气体的准确度为测量值的0.5%±气体的领稳定性
(7)大量程范围:高达1:2000
(8)传感器快速响应时间:低至50…100毫秒


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