科里奥利流量计是一种通用技术吗?

科里奥利流量计已经存在了20多年，最初被认为是一种复杂的技术，只适合在有限的质量流量测量应用中使用。但自那以后，情况发生了很大变化。今天，科氏流量计不仅广泛用于测量液体和气体的质量流量，而且还用于测量密度、温度和粘度。所有这些测量都是用一台仪器完成的，不需要额外的设备或采样线，简化了测量系统并降低了生命周期成本。

使用这些多变量测量，科里奥利仪表在广泛的应用中是有效的，包括保管转移，API重力测量和切割分析。

所有这些是否使科里奥利流量计成为流量和相关测量的真正通用技术?

科里奥利基础知识

基本的科里奥利计结构包括一个双或单测量管(图1)，安装使其可以振动。测量系统被内部驱动或激励以其谐振频率振荡。耦合在测量管上的电动传感器监测管的频率，以及进口和出口侧信号相移的差异。

在零流量时，即液体或气体介质处于静止状态时，没有直线运动，因此没有力从介质传递到管道。在这一点上，测量系统被称为同相。

一旦介质流动，由振荡测量管引起的运动就会叠加在流动介质的线性运动上。这就产生了一种非对称力，即所谓的科里奥利力，它会导致测量管扭曲。

进口和出口的电动传感器记录相位差，这基本上是位置随时间的变化。相对于时间，这个相位差与质量流量成正比。

科里奥利流量计测量质量流量的典型精度为±0.05%，在宽的压降范围内具有高线性度，这比几乎任何其他流量计技术都要好。因此，科里奥利仪表用于保管转移，校准和许多其他应用，其中精确测量质量流量至关重要。

大于质量流量

科里奥利计在其谐振频率下工作，该频率取决于管道和介质的总质量。这使得仪表可以从测量的频率信号中得出介质的密度。一个现代的科里奥利计也有一个温度传感器来确定实际测量管的温度。这是用来补偿温度相关的机械效应，如管膨胀，这提高了仪表在不断变化的工艺条件下的稳定性

粘度测量可以在单管科里奥利传感器中推导，因为内部传感器监测和控制维持测量管扭转运动所需的功率。测量管的扭转振荡在流体介质上产生剪切速率，剪切速率是流体粘度的函数。由于剪切力用于确定系统内所需的驱动电流，因此可以计算粘度。

与使用单独的粘度计相比，使用科里奥利技术进行在线粘度测量有几个好处，包括减少所需测量产品的数量，畅通无阻的流动路径，以及消除与旋转插入或振动探头相关的移动部件。科里奥利计还可以准确地测量与时间或剪切相关的过程中的粘度(图2)。

由于可从科里奥利计中获得多个变量，因此可以导出其他过程变量。这是通过考虑被测介质的各种特性来实现的。例如，一旦密度已知，就可以从特定于介质的表中计算浓度(图3)。其他派生变量包括但不限于:

• 按特定温度基准进行标准化密度测量;
• 轻或重比例尺范围内的鲍姆比重测量;
• 百分比固体含量或百分比体积和质量衍生;
• 溶解蔗糖的每ICUMSA糖度;
• 柏拉图为啤酒或酿造业;
• 制酒用的成球秤;
• 根据TTB计量手册对蒸馏器进行酒精计量;
• 制浆造纸工业中黑液的百分比;
• 石油工业中除水以外流体的API重力;和
• 乙醇，甲醇，油和水的分析。

相关过程变量的多变量测量和计算通常不需要额外的专业设备、样品点、样品调理、实验室分析和过程建模。所有这些组件和程序都可以由一个科里奥利计代替。

测量气体流量

科里奥利流量计测量质量气体流量，仪表可以将其转换为标准流量值，如标准立方英尺每分钟(SCFM)。转换需要了解标准或基础气体密度，可以在查找表中找到。该值作为转换值输入科里奥利流量计。不需要其他传感器的压力或温度测量，因此科里奥利流量计通常更容易使用，并且通常比其他类型的气体流量计成本更低。

如果气体的成分发生变化，可能会出现问题，因为转换值也会发生变化。对于非常关键的应用，一种解决方案是使用气相色谱仪实时计算成分，然后使用流量计算机根据成分调整科里奥利计的输出。

天然气行业习惯于改变成分，一些用户干脆忽略了这个问题。它们假设变化的组合平均为一个常量，并使用基于该组合的转换值。另一种解决方案是使用质量流量值，如lb/min，而不是SCFM。

万用表?

在许多应用中，科氏流量计被公认为最精确的流量测量设备，当然也是最准确的质量流量仪器。通过直接进行质量流量测量，科里奥利流量计消除了补偿其他过程变量(如温度，压力，密度，粘度和流量剖面)的需要。没有其他流量计类型可以提供测量质量流量，体积流量，总流量，密度，粘度和温度的能力。

体积流量计在许多应用中比科里奥利流量计便宜，但只能测量体积流量而不是重量。为了计算介质的估计重量，体积计必须使用用户生成的密度值。由此产生的质量流量计算不如用质量流量计进行的测量准确，通常相差相当大的量。

但科里奥利米并不是在所有地方都适用。例如，他们不能总是准确地测量两相流，通常是两种介质的组合，如气体和液体。夹带的空气可能会带来问题，因此，在流源可能干涸并将空气引入流管的应用中(例如卸载油罐车)，可能会导致设计较旧的科里奥利仪表关闭。大多数现代先进的科里奥利仪表都内置智能，至少在某种程度上可以处理夹带空气和类似的问题。

批处理曾经是科里奥利计测量困难的另一个来源。在这些过程中，仪表开始是空的，接收和测量介质，然后在批处理结束时遇到段塞和气泡。通常需要再循环回路来确保仪表始终充满介质。现代科里奥利仪表设计用于处理这些类型的应用，并且通常可以产生准确的测量结果。

科里奥利流量计有实际的最大尺寸限制，很少用于管道尺寸大于10到12英寸的管道。，但大多数都更小。另一方面，它们的管径为0.1 in。在非常低的流速下，通常小于0.1 lb/min。也就是0.01 GPM的水。

其他可能影响科里奥利计运行的问题包括:

• 不可接受的压降，这是许多类型流量计的问题;
• 高压、磨料和/或腐蚀性介质可能需要厚壁测量管;
• 需要的高能量输入可能与危险区域的安全要求相冲突;和
• 过度的激励可能导致油管的疲劳失效。

安装科里奥利计时必须特别小心，以尽量减少外部振动的影响。这确保了仪表振荡的稳定性，促进了准确的测量和长期的可靠性。

更换其他测量设备

即使在考虑了上述问题之后，在许多过程测量应用中，通常发现科里奥利仪表是最佳选择。科里奥利仪表可以测量许多类型介质中的流量，包括但不限于清洁剂，溶剂，燃料，植物油，动物脂肪，乳胶，硅油，酒精，水果溶液，牙膏，醋，番茄酱，蛋黄酱，气体，液化气，天然气和蒸汽。

在最近的经济放缓之前，科氏仪表的销售额以每年12%的速度增长。这是由于广泛的适用性，最终用户的接受度越来越高，并且在以前其他流量计类型的专用领域中使用。

例如，科里奥利流量计越来越多地用于石油液体的保管转移，通常取代正位移仪表。美国天然气协会(American Gas Association)已批准科里奥利流量计用于这种用途，从而推动了在这种和其他关键应用领域的新安装。

科里奥利仪表现在经常被用来代替密度和粘度计，因为科里奥利仪表提供这些测量以及质量流量和温度。使用一个仪表测量多个变量可以节省安装时间，降低初始成本和生命周期成本。

质量流量通常使用各种类型的称重仪器进行测量，但这可能存在问题，特别是在连续过程中。虽然有方法可以连续测量流经过程的介质的重量，但与科里奥利计相比，大多数方法既麻烦又昂贵。

仪表和控制系统之间的数字通信集成解锁了对所有科里奥利变量和诊断信息的访问。以太网/IP等数字协议允许用户从控制系统之外直接询问现场设备。使用基于标准工业以太网的协议，通过确保设备的透明性，减少了集成、培训和硬件成本。

现代科氏仪表是一种真正的智能仪表技术，能够主动维护，实时监控诊断参数，以测量过程效果。这在许多情况下是有益的，例如在消毒后或确定涂层和积聚对传感器的过程影响。主动维护可以增加正常运行时间，从而节省大量费用。

在过去的几十年里，科里奥利计已经取得了很大的进步，降低了成本，提高了可靠性，提高了精度。这些改进扩大了适用的应用范围，使科氏流量计不仅可以取代其他流量计类型，还可以取代其他仪器。

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- Jerry Stevens是Endress+Hauser, Inc.， Greenwood, IN的产品业务经理。

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