當乙個位於以p為固定點(旋轉中心)作旋轉運動的管子內的質點做朝向旋轉中心或離向旋轉中心的運動時,將產生一慣性力,原理如圖1.1:
圖1.1
圖中質量為δm的質點以勻速υ在管道內向右運動,而管道圍繞固定點p以角速度ω旋轉。此時這個質點將獲得兩個加速度分量:
1 法向加速度αr(向心加速度),其量值等於ω2r,其方向朝向p點。
2切向加速度αt(科里奧利加速度),其量值等於2ωυ,方向與αr垂直。
由切向加速度產生的作用力稱為科里奧利力,其大小等於fc=2ωυδm。在圖1.1中流體δm=ρa δx,因此科氏力可以表示為:
δfc=2ωυ*δm=2ω*υ*ρ*a*δx=2ω*δqm*δx
式中a 為管道內截面積
δqm=δdm/dt=υρa
對於特定的旋轉管道,其頻率特性是一定的,δfc僅取決於δqm。因此直接或間接測量科氏力就可以測量質量流量。科氏原理質量流量計就是根據上述原理工作的。
實際的流量感測器並非實現旋轉運動,而代之以管道振動。其原理示意如圖1.2、圖1.
3、圖1.4所示。乙個彎管道的兩端被固定,在兩個固定點的中間位置給管道施加振動力(按管道的諧振頻率),
可以到這裡進行幫助
使其以固定點為軸以其自然頻率ω振動。當管道內沒有流體流動時,管道只受外加振動力作用,管道兩個半段振動方向相同,沒有相位差。當有流體流動時受管道內流動的介質質點科氏力fc的影響(在管道的兩個半段科氏力f1、f2大小相等、方向相反圖1.
2),管道的兩個半段按相反的方向發生扭動,產生相位差(圖1.3、圖1.4),這一相位差同質量流量成正比。
感測器的設計就是把科氏力的測量轉為對振動管兩側相位時差的測量,這就是科氏原理質量流量計的工作原理。
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