质量流量计 的原理及应用分析
流体的体积是流体温度和压力的函数，是一个因变量，而流体的质量是一个不随时间、空间温度、压力的变化而变化的量。如前所述，常用的流量计中，如孔板流量计、层流质量流量计、涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、转子流量计、超声波流量计和椭圆齿轮流量计等的流量测量值是流体的体积流量。在科学研究、生产过程控制、质量管理、经济核算和贸易交接等活动中所涉及的流体量一般多为质量。采用上述流量计仅仅测得流体的体积流量往往不能满足人们的要求，通常还需要设法获得流体的质量流量。以前只能在测量流体的温度、压力、密度和体积等参数后，通过修正、换算和补偿等方法间接地得到流体的质量。这种测量方法，中间环节多，质量流量测量的准确度难以得到保证和提高。随着现代科学技术的发展，相继出现了一些直接测量质量流量的计量方法和装置，从而推动了流量测量技术的进步。
中文名 质量流量计 外文名 Mass flowmeter 测量原理 层流传感器 主要特点 适用多种介质 分 类 直接式 间接式 主要参数 质量流量精度 响应速度
目录
1 简单介绍
2 测量原理
3 主要特点
4 主要分类
▪ 直接式
▪ 间接式
▪ 热式
▪ 差压式
▪ 科里奥利
5 技术指标
▪ 主要参数
▪ 传感器
▪ 变送器
6 故障处理
▪ 硬件故障
▪ 软件问题
流体在旋转的管内流动时会对管壁产生一个力，它是科里奥利在1832年研究轮机时发现的，简称科氏力。在1977年由美国高准(Micro Motion)公司的创始人根据此原理研发出世界上第一台可以实际使用的质量流量计。质量流量计以科氏力为基础，在传感器内部有两根平行的流量管，中部装有驱动线圈，两端装有检测线圈，变送器提供的激励电压加到驱动线圈上时，振动管作往复周
期振动，工业过程的流体介质流经传感器的振动管，就会在振管上产生科氏力效应，使两根振管扭转振动，安装在振管两端的检测线圈将产生相位不同的两组信号，这两个信号的相位差与流经传感器的流体质量流量成比例关系。计算机解算出流经振管的质量流量。不同的介质流经传感器时，振管的主振频率不同，据此解算出介质密度。安装在传感器器振管上的铂电阻可间接测量介质的温度。
质量流量计直接测量通过流量计的介质的质量流量，还可测量介质的密度及间接测量介质的温度。由于变送器是以单片机为核心的智能仪表，因此可根据上述三个基本量而导出十几种参数供用户使用。质量流量计组态灵活，功能强大,性能价格比高，是新一代流量仪表。
测量管道内质量流量的流量测量仪表。在被测流体处于压力、温度等参数变化很大的条件下，若仅测量体积流量，则会因为流体密度的变化带来很大的测量误差。在容积式和差压式流量计中，被测流体的密度可能变化30%，这会使流量产生30～40%的误差。随着自动化水平的提高，许多生产过程都对流量测量提出了新的要求。化学反应过程是受原料的质量(而不是体积)控制的。蒸气、空气流的加热、冷却效应也是与质量流量成比例的。产品质量的严格控制、精确的成本核算、飞机和导弹的燃料量控制，也都需要精确的。因此质量流量计是一种重要的流量测量仪表。
测量原理编辑
质量流量计是采用感热式测量，通过分体分子带走的分子质量多少从而来测量流量，因为是用感热式测量，所以不会因为气体温度、压力的变化从而影响到测量的结果 。质量流量计是一个较为准确、快速、可靠、有效、稳定、灵活的流量测量仪表，在石油加工、化工等领域将得到更加多范围的应用，相信将在推动流量测量上显示出巨大的潜力。质量流量计是不能控制流量的，它只能检测液体或者气体的质量流量，通过模拟电压、电流或者串行通讯输出流量值。但是，质量流量控制器，是可以检测同时又可以进行控制的仪表。质量流量控制器本身除了测量部分，还带有一个电磁调节阀或者压电阀，这样质量流量控制本身构成一个闭环系统，用于控制流体的质量流量。质量流量控制器的设定值可以通过模拟电压、模拟电流，或者计算机、PLC提供。
主要特点编辑
1. 适用多种介质
2. 测量准确度高
3. 无直管段要求
4. 可靠性好
5. 维修率低
6. 具有核心处理器
主要分类编辑
质量流量计可分为两类：一类是直接式，即直接输出质量流量；另
质量流量计
质量流量计
一类为间接式或推导式，如应用超声流量计和密度计组合，对它们的输出再进行乘法运算以得出质量流量。
直接式
直接式质量流量计有多种类型，如量热式、角动量式、陀螺式和双叶轮式等。这种仪表适于测量小流量气体，缺点是惰性大，测量值与气体的定压比热有关，测量元件与介质接触，易被沾污和腐蚀。 为双孔板差压式质量流量计。在管道A、B处安装两个相同的孔板。在分流管道中装有两个相同的可产生方向相反的恒定体积流量q的定流量泵。两孔板前后压力差△P=P1-P3=4KρQq，与ρ、Q成正比。式中K为常系数，ρ为密度，Q为管道体积流量，ρQ即为质量流量。双叶轮式质量流量计是在同一直线上前后安装两个倾角分别为x1和x2的叶轮，两叶轮之间利用扭簧连接，流体通过时，两叶轮之间产生一个偏移角x，那么两叶轮间力矩差△M与质量流量Qm，流速u，倾角x1，x2存在△M=Qm*u*(k1*tgx1-k2*tgx2)的关系（k1和k2为叶片结构尺寸常数），△M=k3*u*Qm，(k3=k1*tgx1-k2*tgx2).偏移角x=k4*△M=k4*k3*Qm*u;而叶轮组旋转速度U与流体的流速成正比，U=k6*u，则整个叶轮组转过两叶轮偏角x所需的时间△t=x/U=k7*Qm.通过专用计数器测量出△t便能得出质量流量Qm。
间接式
间接式质量流量计有 3种主要型式:速度式流量计与密度计的组合，节流式（或靶式）流量计与容积式流量计的组合，节流式（或靶式）流量计与密度计组合。
还有一种根据流体的工作压力、温度将容积流量计的测量值换算成标准状态下的容积流量。但是，当介质的种类或成分改变时，它不能给出准确的质量流量。严格说来，它不属于质量流量计。 输出密度、比重、体积流量、质量流量、质量能量流量等，兼有指示、模拟量输出、打印、越限报警、仪器故障报警等多种功能。
热式
热式质量流量计的基本原理是利用外部热源对管道内的被测流体加热，热能随流体一起流动，通过测量因流体流动而造成的热量（温度）变化来反映出流体的质量流量。
当流体成分确定时，流体的定压比热为已知常数。因此由上式可知，若保持加热功率恒定，则测出温差便可求出质量流量；若采用恒定温差法，即保持两点温差不变，则通过测量加热的功率也可以求出质量流量。由于恒定温差法较为简单、易实现，所以实际应用较多。这种流量计多用于较大气体流量的测量。
为避免测温和加热元件因与被测流体直接接触而被流体玷污和腐蚀，可采用非接触式测量方法，即将加热器和测温元件安装在薄壁管外部，而流体由薄壁管内部通过。非接触式测量方法，适用于小口径管道的微小流量测量。当用于大流量测量时，可采用分流的方法，即仅测量分流部分流量，再求得总流量，以扩大量程范围。
差压式
差压式质量流量计是以马格努斯效应为基础的流量计，实际应用中利用孔板和定量泵组合实现质量流量测量。常见的有双孔板和四孔板与定量泵组合两种结构。
双孔板结构形式如图6所示，在主管道上安装结构和尺寸完全相同的两个孔板A和B，在分流管道上装置两个流向相反、流量固定为的定量泵，差压计连接在孔板A入口和孔板B出口处。
科里奥利
科里奥利质量流量计（简称科氏力流量计）是一种利用流体在振动管中流动而产生与质量流量成正比的科里奥利力的原理来直接测量质量流量的仪表。
科氏力流量计结构有多种形式，一般由振动管与转换器组成。振动管（测量管道）是敏感器件，有U形、Ω形、环形、直管形及螺旋形等几种形状，也有用双管等方式，但基本原理相同。下面以U形管式的质量流量计为例介绍。
技术指标编辑
主要参数
质量流量精度: ±0.002×流量±零点漂移
密度测量精度: ±0.003g/cm3
密度测量范围: 0.5~1.5g/cm3
温度测量精度: ±1°C
传感器
环境温度: －40~60°C
介质温度: －50~200°C
防爆类型: iBⅡBT3
关联设备: 配套变送器
变送器
工作温度: 0~60°C
相对湿度: 95%以下
电 源: 220±10%VAC,50Hz或24±5%VDC,40W
图3
图3
图1为量热式质量流量计。当流体静止时，热源两端对称放置的温差电偶指示温度相等。 常用的旁通管式质量流量计把管路用细管分成无数小型管路，再把其中一个管路引出来，把传感器置于旁通管外，此方法测量元件与介质隔开，但是响应速度和精度稍低，通过加工技术的进步，流量计的精度和重复性都有了很高的进步。
图2为双孔板差压式质量流量计。在管道A、B处安装两个相同的孔板。在分流管道中装有两个相同的可产生方向相反的恒定体积流量q的定流量泵。两孔板前后压力差△P=P1-P3=4KρQq，与ρ、Q成正比。式中K为常系数，ρ为密度，Q为管道体积流量，ρQ即为质量流量。
图3为双叶轮式质量流量计。在壳体内同轴地安装两个叶片角不等的叶轮，中间用弹簧连成一体。两轮受到的转矩之差,使弹簧扭转角α。 α与质量流量M 和角频率&owega;之积成比例,即α ∝M&owega;。测出角位移 α所需的时间 , 即可测出M 值。测量的方法是：在壳体上装两个电磁检测器，当第一个涡轮产生脉冲时,开始计数。第二个涡轮产生脉冲时,停止计数。根据计数器的标准频率测出时间t，进而求出M 值。
间接式质量流量计  间接式质量流量计有 3种主要型式:速度式流量计与密度计的组合,节流式（或靶式）流量计与容积式流量计的组合，节流式（或靶式）流量计与密度计组合。
带微型机的质量流量测量仪表又称为质量流量计算机，是一种通用性的新型流量测量仪表。它可以输入流体的密度、流量(涡轮流量计、节流流量计)、比重、温度、压力、热量等信号。
故障处理编辑
硬件故障
若出现误差偏大，积算器显示不亮或不增值，显示器空白位等现象，其原因：
a.安装不规范，可直接导致流量计零漂，如质量流量计安装在泵出口处较近，传感器支撑强度不够，连接法兰焊接不当产生应力信号，电缆受电磁干扰。
b.接线问题
若出现显示器不亮现象，应检查积算器电源连线，若出现保险丝被烧，应确认输入电压与标准电压标称值，交直流形式是否一致。又若出现积算器不随流量增加时，应检查积算器接线，若积算器装有正/反向程序，应检查流量计接线，因流量计接线不正确，会使积算器在反向流时不递增。
c.工艺介质变化
若测量介质出现夹气，气化或两相流等现象，变送器会出现报警显示，严重时，传感器停止工作。
d.变送器失效。
e.传感器失效。
f.管道吹扫问题。
软件问题
质量流量计故障处理——对于刚校验完的流量计安装使用前一定要注意在当前工况下的零点校验，必须保证流量计中充满介质后关闭两端截止阀才能零点标定，具体的方法有很多种，面板操作、手操器以及使用prolinkⅡ软件。
a.零点校准有误。
b.参数设置有误。
c.电源的脉冲波动。
d.i/o组态有误(一定要注意量程)。
e.操作有误
上海耘孚自动化科技发展有限公司13701863143朱先生，www.shyunfu.net
