天津石化公司計(jì)量處  范立勇  張健新

　　科氏力質(zhì)量流量計(jì)由于有著能直接測量質(zhì)量流量的優(yōu)點(diǎn)，在我國從90年代初進(jìn)入工業(yè)測量領(lǐng)域以來，應(yīng)用越來越廣泛。早期的質(zhì)量流量計(jì)生產(chǎn)廠家都宣稱其產(chǎn)品不受被測介質(zhì)的密度、溫度、粘度等變化的影響。隨著近幾年的大量應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)測量介質(zhì)的物理參量的變化對其測量準(zhǔn)確度是有影響的。本文主要討論被測介質(zhì)壓力的變化對流量計(jì)測量準(zhǔn)確度的影響。    

　　一、科氏力質(zhì)量流量計(jì)的工作原理

　　科氏力質(zhì)量流量計(jì)是運(yùn)用流體質(zhì)量流量對振動(dòng)管振蕩的調(diào)制作用即科里奧利現(xiàn)象為原理，以質(zhì)量流量測量為目的的質(zhì)量流量計(jì)。一般由傳感器和變送器組成。
    

    圖1

    圖2

　　如圖1所示。當(dāng)質(zhì)量為δm的流體質(zhì)點(diǎn)，以速度V沿管道AB運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，管道AB又以A點(diǎn)為圓心以角速度Ω轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)該質(zhì)點(diǎn)做上述復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)，在任意一點(diǎn)M處，質(zhì)點(diǎn)具有兩個(gè)加速度分量:向心加速度а_r，方向指向A點(diǎn)；科氏加速度а_k，方向向上，量值為2·Ω·а。為使流體質(zhì)點(diǎn)具有科氏加速度，需要在а_k方向施加一個(gè)大小等于2·Ω·V·δm的力，這個(gè)力來自管道，而流體質(zhì)點(diǎn)反作用于管道上的力就是科氏力F_C，方向如圖1所示。
    F_C=2·Ω·V·δm                    (1)
    如圖2所示，若流體密度為ρ，以速度V沿管道AB流動(dòng)，設(shè)管道橫截面積為S，則任一段長度為ΔX管道上的科氏力ΔF_C為:
    ΔF_C=-Δm·а_k            (2)
    式中Δm為長度ΔX管道中的流體質(zhì)量。
    Δm=ρ·S·ΔX
    ΔF_C=-2·ρ·S·ΔX·Ω·V           (3)
    由于上述管道中的流體，其Ω與V的夾角為90°，質(zhì)量流量q_m=ρSV，
　　有:q_m=ΔF_C/(2·Ω·ΔX)(4)
　　從式(4)中可以看出，測量在旋轉(zhuǎn)管道中流體的科氏力就可以直接測得質(zhì)量流量。在實(shí)際應(yīng)用中使測量管道做簡諧振動(dòng)，用振動(dòng)的方式代替旋轉(zhuǎn)的方式，利用電磁或光電的檢測器檢測科氏力對振動(dòng)的影響從而測得管道中的質(zhì)量流量。
　　按照傳感器測量管的形狀，質(zhì)量流量計(jì)分為直管型和彎管型兩大類。直管型一般尺寸較小，不易積氣，易于清洗，但由于其振動(dòng)系統(tǒng)剛度大，諧振頻率高，相位差小，電信號(hào)處理較困難。為了降低諧振頻率，管壁必須較薄，而較薄的管壁會(huì)使耐磨性和抗腐蝕性變差。彎管型的振動(dòng)系統(tǒng)剛度較低，電信號(hào)容易處理，可選用較厚的測量管壁，其耐磨性和抗腐蝕性較好，但由于形狀復(fù)雜，容易積存殘?jiān)蜌怏w，引起誤差，結(jié)構(gòu)尺寸也較大。
　　從式(4)中還可以看出，質(zhì)量流量并不受壓力的影響，只同測量管的幾何形狀和測量系統(tǒng)的振蕩特性有關(guān)。但實(shí)際上，工作壓力的變化會(huì)引起測量管幾何尺寸的改變并對測量系統(tǒng)的振蕩特性產(chǎn)生影響，從而引起測量誤差。為了實(shí)際證明這一點(diǎn)，我們采用實(shí)驗(yàn)的方法分析工作壓力的變化對流量計(jì)測量準(zhǔn)確度的影響。    

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　　二、工作壓力對流量計(jì)測量準(zhǔn)確度的影響

　　利用可調(diào)節(jié)工作壓力的靜態(tài)稱量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置在不同壓力下對同一臺(tái)流量計(jì)進(jìn)行測試，從而得到壓力對流量計(jì)準(zhǔn)確度的影響值。實(shí)驗(yàn)選用國內(nèi)應(yīng)用較廣的一型彎管型和一型直管型流量計(jì)作為被測對象，所用的標(biāo)準(zhǔn)裝置是通過標(biāo)定的系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)步驟依照J(rèn)JG897-1995《質(zhì)量流量計(jì)檢定規(guī)程》進(jìn)行，并參考了ISO10790的有關(guān)要求。

　　1.實(shí)驗(yàn)方法
　　按照正常的檢定操作安裝好流量計(jì)，設(shè)定好檢定壓力，在進(jìn)行完系統(tǒng)預(yù)熱，調(diào)整流量計(jì)的零點(diǎn)后，進(jìn)行檢定操作，完成一次檢定過程后，重新設(shè)定檢定壓力，在新的檢定壓力下再次進(jìn)行檢定操作，直到完成全部實(shí)驗(yàn)壓力點(diǎn)的測試。在全部實(shí)驗(yàn)過程中，不對流量計(jì)的設(shè)置做改動(dòng)。
　　2.彎管型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
　　表1為對一臺(tái)DN80口徑的典型彎管型流量計(jì)在不同檢定壓力下的測試數(shù)據(jù)，依照流量值對表1數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分別計(jì)算在各流量點(diǎn)下流量計(jì)的誤差變化得到表2～表5。
    

　　3.直管型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
　　表6為對一臺(tái)DN80口徑的典型直管型流量計(jì)在不同檢定壓力下的測試數(shù)據(jù)，同樣依照流量值對表6的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分別計(jì)算在各流量點(diǎn)下的流量計(jì)的誤差變化得到表7～表9。
　　從表2～表5中可以發(fā)現(xiàn)流量計(jì)的實(shí)際工作壓力每升高0.1MPa流量計(jì)會(huì)產(chǎn)會(huì)-0.12%～-0.17%的附加誤差。也就是說，當(dāng)工作壓力高于檢定壓力時(shí)，每高出0.1MPa流量計(jì)會(huì)產(chǎn)生約為-0.15%的附加誤差。而當(dāng)工作壓力低于檢定壓力時(shí)，每降低0.1MPa流量計(jì)會(huì)產(chǎn)生約為+0.15%的附加誤差。此數(shù)值同該儀表的制造商。公布的數(shù)據(jù)(-0.13%/0.1MPa)基本一致。
    

　　從表7～表9可以發(fā)現(xiàn)，流量計(jì)實(shí)際工作壓力的變化會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，其變化值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于流量計(jì)的標(biāo)稱準(zhǔn)確度，并且這種變化沒有規(guī)律。工作壓力每變化0.1MPa流量計(jì)會(huì)產(chǎn)生-2.55%～+1.18%的附加誤差。這在實(shí)際應(yīng)用中是不能接受的。    

　　三、解決壓力影響的方法

　　應(yīng)該指出的是，我們此次實(shí)驗(yàn)選用的流量計(jì)，是受壓力影響較大的型號(hào)，對其它型號(hào)的，特別是DN50口徑以下的流量計(jì)受壓力影響較小。為了避免實(shí)際應(yīng)用中壓力變化對流量計(jì)測量準(zhǔn)確度的影響，可以采取以下方法:
　　1.在選擇時(shí)盡量選用受壓力變化影響小的質(zhì)量流量計(jì)；
　　2.對流量計(jì)進(jìn)行在線檢定；在不具備在線檢定條件時(shí)，也應(yīng)使流量計(jì)在工作壓力下進(jìn)行離線檢定；
　　3.對一些受壓力影響所產(chǎn)生附加誤差的變化較穩(wěn)定的流量計(jì)，可采用安裝壓力變送器的方法進(jìn)行實(shí)時(shí)的壓力補(bǔ)償計(jì)算。