科里奥利质量流量计
科里奥利质量流量计简称CMF是利用流体在振动管中流动时能产生与流体质量流量成正比的科里奥利这个原理制成的。
基本原理和科里奥利力
由力学理论可知，当一个位于旋转系内的质点做朝向或者离开旋转中心的运动时，质点要同时受到旋转角速度和直线速度的作用，即受到科里奥利力的作用。如图4-69所示，当质量为m的质点，以匀速V，在一个围绕转轴P以角速度W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，即向心加速度αr，其值等于W²r，方向指向P轴。
2、切向加速度，及科里奥利加速度αt，其值等于3wv,方向与αr垂直，正方向符合右手定则，如图4-69所示。
为了使质点具有科里奥利加速度，需在α的方向上加上一个大小等于2mwv的力，该力来自于管道壁面。根据作用力与反作用力原则，质点也对管壁施加一个大小相等、方向相反的力。这个力就是质点施加在管道上的科里奥利Fc，方向与α相反，其大小为
Fc=2mwv (4-176)
式中 Fc——质点所受科里奥利力，N；m——质点的质量，kg；w——管道绕P轴旋转的角速度，1/s;v——质点在管道内匀速运动速度，m/s.
同理，当密度为ρ的流体以恒定流速v，沿图4-69所示的旋转管道流动时，任何一段长度为△x的管道都将受到一个大小为△Fc的切向科里奥利力
△Fc=2wvpA△x （4-177）
式中 A——管道的内截面积，m²。
由于质量流量qm=pcA，因此从式（4-177）可得质量流量为
qm=△Fc/2w△x （4-178）
可见，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与管道的科里奥利力，就可以测得流体通过管道的质量流量。
在实际工业应用中，要使流体通过的管道围绕P轴以角速度W旋转，显然是不切合实际的。这也是早期的科里奥利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，使管道围绕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其自振频率振动时，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，维持管道振动所需要的驱动力是很小的。这样就从根本上解决了科里奥利质量流量计的结构问题。 |
