一種懸浮陀螺式質(zhì)量流量計(jì)的研究
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球在x向上的受力有：在球的迎流面的噴射流的動(dòng)壓頭和靜壓頭所形成的力Fp，粘性摩擦力形成的力Fn，球尾部的靜壓力所形成的力Fw。
流體環(huán)繞懸浮體是連續(xù)的，當(dāng)噴射流環(huán)繞球的前半部分時(shí)會(huì)形成環(huán)流區(qū)，環(huán)流區(qū)的長(zhǎng)度由球的迎流面所限制。當(dāng)連續(xù)環(huán)流饒過(guò)球時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與液流方向相反的力，這是由于在球的尾部靜壓力恢復(fù)的結(jié)果。因此可以認(rèn)為前面所述的兩個(gè)力Fp及Fw對(duì)球的作用力之和與液流方向相反。小球懸浮時(shí)合力為零，即達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
小球在y向上所受的力有重力Fg，浮力Ff，升力Fs。其中重力Fg方向垂直向下，浮力Ff 及升力Fs方向向上。當(dāng)流體繞流球時(shí)，由于噴射流與球相互作用而產(chǎn)生上升力Fs。球在y向上懸浮的條件是這些力的合力為零。
小球的旋轉(zhuǎn)機(jī)理可以定性地歸因于球體周?chē)痪鶆虻乃俣确植?。?dāng)流體沿球表面繞流時(shí)，在球的通孔兩端口處將產(chǎn)生很大的沖擊力，由于速度分布不均勻，導(dǎo)致這兩端的速度梯度不一樣，在兩端產(chǎn)生的切向力不相等，且作用力方向恰好相反，從而產(chǎn)生不平衡力矩。隨著小球的搖擺角度的增加，該不平衡力矩也增大，當(dāng)力矩大到足以克服小球的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，小球就旋轉(zhuǎn)起來(lái)了。
4. 器件的選取
整個(gè)懸浮陀螺質(zhì)量流量計(jì)是由流量傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、微控制器、程序和參數(shù)存儲(chǔ)器、D/A轉(zhuǎn)換器、LCD液晶顯示和通訊模塊組成。結(jié)構(gòu)概圖如圖2所示。A/D轉(zhuǎn)換芯片選用的是AD7715；微處理器選用的是PIC16C73；E2PROM選用的是93LC86；D/A轉(zhuǎn)換芯片選用的是AD421；HART MO-DEM使用的是Symbios Logic公司的20C15（該芯片可用于實(shí)現(xiàn)HART協(xié)議物理層的要求）。在此只列出所選用的相應(yīng)器件，具體的應(yīng)用情況略。
進(jìn)行完理論上的研究之后，我們又在實(shí)驗(yàn)管線上進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)。由于溫度、壓力的變化比較小，可以暫時(shí)不考慮被測(cè)流體密度的變化，則ρ=const，定性地分析儀表的參數(shù)K。由式（3）得公式
5. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
進(jìn)行完理論上的研究之后，我們又在實(shí)驗(yàn)管線上進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)。由于溫度、壓力的變化比較小，可以暫時(shí)不考慮被測(cè)流體密度的變化，則ρ=const，定性地分析儀表的參數(shù)K。由式（3）得
表1 質(zhì)量流量測(cè)量定性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 
6. 結(jié) 論
質(zhì)量流量測(cè)量是今后流量測(cè)量領(lǐng)域的一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢(shì)，懸浮陀螺質(zhì)量流量計(jì)是一種結(jié)合了新穎獨(dú)特的運(yùn)行機(jī)理而開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種利用雙通道法實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量測(cè)量的新型流量計(jì)。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、原理獨(dú)特、壽命長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)便、計(jì)量特性優(yōu)異等突出的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)解決了臟污流、兩相流等流量測(cè)量問(wèn)題。
相對(duì)于傳統(tǒng)的組合式質(zhì)量流量計(jì)，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，信號(hào)完全從一個(gè)傳感器上取出，處理起來(lái)更直接更方便；相對(duì)于直接式質(zhì)量流量計(jì)，它的價(jià)格低很多，具有較高的性能價(jià)格比。這種新穎的質(zhì)量流量計(jì)的研究開(kāi)發(fā)符合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要，特別是在石油計(jì)量和能源節(jié)約方面必將具有很好的發(fā)展前景。 (end)
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評(píng)論