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U型科氏质量流量计灵敏度系数的计算方法及计算公式

  建立了U型科氏质量流量计的力学模型,研究了其灵敏度系数的计算方法并导出了灵敏度系数计算公式,为U型科氏质量流量计提供了设计依据。

质量流量计             

  1结构与工作原理

  如图l所示,电磁激振器驱动U型管振动,被检测流体以质量流量pm流过u型管。由于牵连运动和相对运动的相互作用,流体的每一微团受科氏力的作 用,其反作用力作用于U型管。在U型管的两肢上受到方向相反的力作用(如图2所示),从而使U型管发生扭转变形,该变形叠加在由激振力引起的弯曲变形上, 使管上B和D两截面通过振动中心的时间有一时间差△t(可通过检测器测出):

  2扭转力偶矩m*的计算

  力学模型如图2所示。U型管A和E端与外管道固接,简化为固定端。C处受电磁驱动力F的作用,F=FosinPt,p为驱动力的角频率。u型管 的实际振动形态很难用简单的函数表示,当强迫振动频率低于其基频时,可近似取其静挠度曲线为其在激振力作用下的变形曲线。于是在AB段:

  3扭转刚度Ke的计算

  3.1静不定次数与基本静定系

  两端固定连接的U形管为高次静不定系统,一般情形下在A端解除约束后有6个多余约束力分量,在现在的特定载荷并且是小变形时,均为零,但,不为零,故静不定次数为3。利用结构对称、载荷反对称的特点,可将静不定次数降低为2。因C截面上内力仅剪力Qy和Tn不为零,并且相应于该二内力的位移为零,故可将结构沿对称面切开取一半作为基本静定系(见图3),多余约束力Qy,和Tn分别改用X1和X2标记。协调条件为:在载荷和X1、X2共同作用下,C截面的z方向位移以及绕y的转角为零。

  3.2 正则方程

  该静不定问题的正则方程为

  3.3总内力

  从正则方程(10)解出X1、X2,则U形管的总(即科氏力作用下原结构的内力)为

  3.4扭转刚度

  所检测的量是B和D两截面通过振动中心的时间差,要计算的扭角0是通过振动中心时,B与D两截面形心的连线对y轴的倾角(见图4)。计算8应在 B和D处加一对单位力(利用对称性只需B处加1个),按同样方法求出该单位力作用下的内力M和T,再由能量法计算B截面铅直位移:

  4灵敏度系数K的计算

  令式(2)中,得B点通过振动中心的速度

由于Mp、Tp中含有因子FopQm,故灵敏系数仅与l、R及约束情况有关。

  5算例

  实际安装的质量流量计,其灵敏度系数还要受端部的联接刚度影响,因而要进行标定。


 


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