问什么是科里奥多力? 科里奥多流量计工作原理？

东风机电的专家帮你解答：众所周知，当一个位于旋转系内的质点作朝向或者离开旋转中心的运动时，将产生一惯性力。如图6-1所示，当质量为(δm的质点以匀速u在一个围绕旋转轴p以角速度ω旋转的管道内轴向移动时，这个质点将获得两个加速度分量：(1)法向加速度ar（向心加速度)，其值等于ω2r，方向指向p轴。(2)切向加速度at(科里奥利加速度)，其值等于2ωu，方向与ar垂直，正方向符合右手定则，如图6-1所示。为了使质点具有科里奥利加速度at，需在at的方向上加一个大小等于2ωuδm的力，这个力来自管道壁面。反作用于管道壁面上的力就是流体施加在管道上的科里奥利力fc。方向与αt相反。从图6-1可以看出，当密度为ρ的流体以恒定流速u沿图6-1所示的旋转管流动时，任一段长度δx的管道都将受到一个大小为δfe的切向科里奥利力：式中，a为管道内截面积。由于质量流量qm=ρua，因此：基于上式，只要能直接或者间接地测量出在旋转管道中流动的流体作用于管道上的科里奥利力，就可以测得流体通过管道的质量流量。在过程工业应用中，要使流体通过的管道围绕p轴以角速度ω旋转显然是不切合实际的。这也是早期的质量流量计始终未能走出实验室的根本原因。经过几十 年的探索，人们终于发现，使管道绕p轴以一定频率上下振动，也能使管道受到科里奥利力的作用。而且，当充满流体的管道以等于或接近于其自振频率振动时，维持管道振动所需的驱动力是很小的。从而从根本上解决了cmf的结构问题。为cmf的迅速商用化打下了基础。经过近二十年的发展，以科里奥利力为原理而设计的质量流量计已有多种形式。根据检测管的形状来分，大体上可以归纳为四类，即：直管型和弯管型；单管型和多管型(一般为双管型)。弯管型检测管的仪表管道刚度低，产生信号相对较大，技术也相对成熟。因为自振频率也低(80-150hz)，可以采用较厚的管壁，仪表耐磨、耐腐蚀性能较好，但易存积气体和残渣引起附加误差切对安装空间有要求。直管型仪表不易存积气体，流量传感器尺寸小，重量轻。但自振频率高信号不易检测，为使自振频率不至于太高，往往管壁做得较薄，易受磨损和腐蚀。单管型仪表不分流，测量管中流量处处相 等，对稳定零点有好外，也便于清洗，但易受外界振动的干扰，仅见于早期的产品和一些小口径仪表。双管型仪表既实现了双管相位差的测量，也增了大信号增强了线性，同时降低外界振动干扰的影响。

质量流量测量原理 一台质量流量计的计量系统包括一台传感器和一台用于信号处理的变送器。质量流量计依据牛顿第二定律：力=质量×加速度（F=ma） 当质量为m的质点以速度V在对P轴作角速度ω旋转的管道内移动时，质点受两个分量的加速度及其力： （1）法向加速度，即向心加速度αr，其量值等于2ωr，朝向P轴； （2）切向角速度αt，即科里奥利加速度，其值等于2ωV，方向与αr垂直。由于复合运动，在质点的αt方向上作用着科里奥利力Fc=2ωVm，管道对质点作用着一个反向力-Fc=-2ωVm。 当密度为ρ的流体在旋转管道中以恒定速度V流动时，任何一段长度Δx的管道将受到一个切向科里奥利力ΔFc： ΔFc=2ωVρAΔx （1） 式中，A—管道的流通截面积。 由于存在关系式：mq=ρVA 所以：ΔFc =2ωqmΔx （2） 因此，直接或间接测量在旋转管中流 动流体的科里奥利力就可以测得质量流量。 传感器内是U型流量管，在没有流体流经流量管时，流量管由安装在流量管端部的电磁驱动线圈驱动，其振幅小于1mm，频率约为80Hz，流体流入流量管时被强制接受流量管的上下垂直运动。在流量管向上振动的半个周期内，流体反抗管子向上运动而对流量管施加一个向下的力；反之，流出流量管的流体对流量管施加一个向上的力以反抗管子向下运动而使其垂直动量减少。这便导致流量管产生扭曲，在振动的另外半个周期，流量管向下振动，扭曲方向则相反，这一扭曲现象被称之为科里奥利(Coriolis)现象，即科氏力。 根据牛顿第二定律，流量管扭曲量的大小完全与流经流量管的质量流量大小成正比，安装于流量管两侧的电磁信号检测器用于检测流量管的振动。当没有流体流过流量管时，流量管不产生扭曲，两侧电磁信号检测器的检测信号是同相位的（图3）；当有流体流经流量管时，流量管产生扭曲，从而导致两个检测信号产生相位差，这一相位差的大小直接正比于流经流量管的质量流量。 由于这种质量流量计主要依靠流量管的振动来进行流量测量，流量管的振动，以及流过管道的流体的冲力产生了科氏力，致使每个流管产生扭转，扭转量与振动周期内流过流管的质量流速成正比。由于一个流管的扭曲滞后于另一流管的扭曲，质量管上的传感器输出信号可通过电路比较，来确定扭曲量。 电路中由时间差检测器测量左右检测信号之间的滞后时间。这个“时间差”ΔT经过数字量测量、处理、滤波以减少噪声，提高测量分辨率。时间差乘上流量标定系数来表示质量流量。进口品牌主要有罗斯蒙特质量流量计、E+H质量流量计；国产主要是太行仪表的质量流量计。

科里奥利质量流量计（Coriolis mass flowmeter，简称CMF），利用流体流过振动的管道时所受到的科里奥利力与流体质量流量成正比的原理制成，具有精度高、运行可靠、维护量少及适用介质广等特点，在工业生产和贸易计量等领域得到了广泛的应用。科里奥多力即为流过振动的管道时所受到的力。