Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Масс-потокомер, также известный как инерциальный расходомер, – это устройство для измерения массового расхода жидкости, протекающей по трубе. Массовый расход – это масса жидкости, проходящая через фиксированную точку за единицу времени. Масс-потокомер не измеряет объем в единицу времени (например, кубические метры в секунду), проходящий через устройство; он измеряет массу в единицу времени (например, килограммы в секунду), протекающую через устройство. Объемный расход равен массовому расходу, деленному на плотность жидкости. Если плотность постоянна, то зависимость проста. Если плотность жидкости изменяется, то зависимость становится сложнее. Например, плотность жидкости может меняться в зависимости от температуры, давления или состава. Жидкость также может представлять собой смесь фаз, например, жидкость с увлеченными пузырьками. Реальную плотность можно определить, учитывая зависимость скорости звука от концентрации контролируемой жидкости.
A mass flow meter, also known as an inertial flow meter, is a device that measures mass flow rate of a fluid traveling through a tube. The mass flow rate is the mass of the fluid traveling past a fixed point per unit time. The mass flow meter does not measure the volume per unit time (e. g. cubic meters per second) passing through the device; it measures the mass per unit time (e. g. kilograms per second) flowing through the device. Volumetric flow rate is the mass flow rate divided by the fluid density. If the density is constant, then the relationship is simple. If the fluid has varying density, then the relationship is not simple. For example, the density of the fluid may change with temperature, pressure, or composition. The fluid may also be a combination of phases such as a fluid with entrained bubbles. Actual density can be determined due to dependency of sound velocity on the controlled liquid concentration.
Принцип работы прибора измерения потока Coriolis
Существует две основные конфигурации расходомеров Coriolis: расходомер с изогнутой трубкой и расходомер с прямой трубкой. В данной статье рассматривается конструкция с изогнутой трубкой. Анимация справа не представляет собой конструкцию реально существующего расходомера Coriolis. Цель анимации – проиллюстрировать принцип работы и показать связь с вращением. Жидкость прокачивается через массовый расходомер. При наличии массового расхода трубка слегка скручивается. Секция трубки, через которую жидкость движется от оси вращения, должна оказывать на жидкость силу, увеличивая ее угловой момент, поэтому она отклоняется назад. Секция трубки, через которую жидкость возвращается к оси вращения, должна оказывать на жидкость силу, чтобы уменьшить угловой момент жидкости, поэтому эта секция отклоняется вперед. Иными словами, входная секция (с потоком, направленным наружу) отстает от общего вращения, часть, которая в состоянии покоя параллельна оси, теперь искажается, а выходная секция (с потоком, направленным внутрь) опережает общее вращение. Анимация справа демонстрирует, как проектируются массовые расходомеры с изогнутыми трубками. Жидкость проходит через две параллельные трубки. Привод (не показан) создает равные встречные вибрации на участках, параллельных оси, чтобы уменьшить чувствительность измерительного устройства к внешним вибрациям. Фактическая частота вибрации зависит от размера расходомера и находится в диапазоне от 80 до 1000 Гц. Амплитуда вибрации слишком мала, чтобы ее можно было увидеть, но ее можно почувствовать на ощупь. Когда жидкость не течет, движение двух трубок симметрично, как показано на левой анимации. Анимация справа иллюстрирует, что происходит при массовом расходе: некоторое скручивание трубок. Секция трубки, уносящая поток от оси вращения, должна оказывать на жидкость силу, чтобы ускорить движущуюся массу до скорости вибрации трубок в дальней точке (увеличение абсолютного углового момента), поэтому она отстает от общей вибрации. Секция трубки, возвращающая жидкость к оси движения, должна оказывать на жидкость силу, чтобы снова уменьшить абсолютную угловую скорость жидкости (угловой момент), поэтому эта секция опережает общую вибрацию. Входная и выходная секции вибрируют с той же частотой, что и общая вибрация, но при массовом расходе эти две вибрации рассинхронизированы: входная секция отстает, а выходная – опережает. Две вибрации сдвинуты по фазе относительно друг друга, и величина фазового сдвига является мерой количества массы, протекающей через трубки и трубопровод.
There are two basic configurations of Coriolis flow meter: the curved tube flow meter and the straight tube flow meter. This article discusses the curved tube design. The animations on the right do not represent an actually existing Coriolis flow meter design. The purpose of the animations is to illustrate the operating principle, and to show the connection with rotation. Fluid is being pumped through the mass flow meter. When there is mass flow, the tube twists slightly. The arm through which fluid flows away from the axis of rotation must exert a force on the fluid, to increase its angular momentum, so it bends backwards. The arm through which fluid is pushed back to the axis of rotation must exert a force on the fluid to decrease the fluid's angular momentum again, hence that arm will bend forward. In other words, the inlet arm (containing an outwards directed flow), is lagging behind the overall rotation, the part which in rest is parallel to the axis is now skewed, and the outlet arm (containing an inwards directed flow) leads the overall rotation. The animation on the right represents how curved tube mass flow meters are designed. The fluid is led through two parallel tubes. An actuator (not shown) induces equal counter vibrations on the sections parallel to the axis, to make the measuring device less sensitive to outside vibrations. The actual frequency of the vibration depends on the size of the mass flow meter, and ranges from 80 to 1000 Hz. The amplitude of the vibration is too small to be seen, but it can be felt by touch. When no fluid is flowing, the motion of the two tubes is symmetrical, as shown in the left animation. The animation on the right illustrates what happens during mass flow: some twisting of the tubes. The arm carrying the flow away from the axis of rotation must exert a force on the fluid to accelerate the flowing mass to the vibrating speed of the tubes at the outside (increase of absolute angular momentum), so it is lagging behind the overall vibration. The arm through which fluid is pushed back towards the axis of movement must exert a force on the fluid to decrease the fluid's absolute angular speed (angular momentum) again, hence that arm leads the overall vibration. The inlet arm and the outlet arm vibrate with the same frequency as the overall vibration, but when there is mass flow the two vibrations are out of sync: the inlet arm is behind, the outlet arm is ahead. The two vibrations are shifted in phase with respect to each other, and the degree of phase shift is a measure for the amount of mass that is flowing through the tubes and line.
Калибровка
Как измерения массового расхода, так и измерения плотности зависят от вибрации трубки. На калибровку влияют изменения жесткости проточных трубок. Изменения температуры и давления вызывают изменение жесткости трубки, но их можно компенсировать с помощью коэффициентов компенсации нуля и диапазона для давления и температуры. Дополнительные факторы, влияющие на жесткость трубок, приводят к смещению калибровочного коэффициента со временем из-за износа проточных трубок. К этим факторам относятся точечная коррозия, трещины, образование налета, эрозия или коррозия. Динамически компенсировать эти изменения невозможно, но можно предпринять усилия для мониторинга их влияния посредством регулярной калибровки или проверочных испытаний расходомера. Если изменение признано произошедшим, но считается допустимым, смещение можно добавить к существующему калибровочному коэффициенту для обеспечения постоянной точности измерений.
Both mass flow and density measurements depend on the vibration of the tube. Calibration is affected by changes in the rigidity of the flow tubes. Changes in temperature and pressure will cause the tube rigidity to change, but these can be compensated for through pressure and temperature zero and span compensation factors. Additional effects on tube rigidity will cause shifts in the calibration factor over time due to degradation of the flow tubes. These effects include pitting, cracking, coating, erosion or corrosion. It is not possible to compensate for these changes dynamically, but efforts to monitor the effects may be made through regular meter calibration or verification checks. If a change is deemed to have occurred, but is considered to be acceptable, the offset may be added to the existing calibration factor to ensure continued accurate measurement.