質(zhì)量流量計的測量精度及修正方法：

一、概述 

質(zhì)量流量計是一種測量精度高，運行穩(wěn)定可靠的流量測量儀表，它可以直接測量流體的質(zhì)量流量。隨著社會經(jīng)濟技術的發(fā)展，質(zhì)量流量計越來越廣泛地應用于現(xiàn)場計量和貿(mào)易結(jié)算。目前，貿(mào)易結(jié)算用質(zhì)量流量計大部分都是艾默生公司的產(chǎn)品。很多人會認為，質(zhì)量流量計測量的是質(zhì)量流量，其測量精度與被測介質(zhì)的溫度、壓力無關，這種看法實際上并不準確。下面我們來作一個初步的探討。 

二、質(zhì)量流量計的工作原理 

當一根管子繞著原點旋轉(zhuǎn)時，讓一個質(zhì)點從原點通過管子向外端流動，即質(zhì)點的線速度由零受逐漸加大，也就是說質(zhì)點被賦予能量，隨之產(chǎn)生的反作用力Fc將使管子的旋轉(zhuǎn)速度減緩，即管子運動發(fā)生滯后。相反，讓一個質(zhì)點從外端通過管子向原點流動，即質(zhì)點的線速度由大逐漸減小趨向于零，也就是說質(zhì)點的能量被釋放出來，隨之而產(chǎn)生的反作用力Fc將使管子的旋轉(zhuǎn)速度加快，即管子運動發(fā)生超前。這種能使旋轉(zhuǎn)的管子運動速度發(fā)生超前或滯后的力Fc就稱為科氏力。將繞著同一根軸線以同相位旋轉(zhuǎn)的兩根相同的管子外端用同樣的管子連接起來形成一條U形管。當管子內(nèi)沒有質(zhì)點流過時，連接管與軸是平行的，而當管子內(nèi)有質(zhì)點流過時，由于科氏力的作用，兩根旋轉(zhuǎn)管發(fā)生相位差，連接管就不再與軸平行?？偠灾?， 管子的相位差大小取決于管子變形的大小，而管子變形的大小僅僅取決于流經(jīng)管子的流體質(zhì)量的大小。這就為利用科氏力直接測量流體的質(zhì)量流量奠定了理論基礎，不斷旋轉(zhuǎn)著的管子只能在實驗室里做模型，而不能用于實際生產(chǎn)現(xiàn)場。我們將管子的圓周運動切割下一段圓弧，使管子在圓弧內(nèi)反復旋轉(zhuǎn)，即將單向旋轉(zhuǎn)運動變成雙向振動，而在有流量時就變成反復扭動。要實現(xiàn)管子振動是非常方便的，即用激磁電流進行激勵。而在管子兩端利用電磁感應分別取得正弦號1和2，兩個正弦號相位差的大小就直接反映出質(zhì)量流量的大小。

測量原理可用公式表達： 

Fc=2·△m（ω·υ） 

式中Fc——作用在測量管上的科氏力；△m——移動的物體；ω——角速度；υ——旋轉(zhuǎn)或震蕩系統(tǒng)中的徑向速度。很容易看出科氏力的大小取決于移動的物體（△m），其在系統(tǒng)中的速度（υ），因而是質(zhì)量流量的函數(shù)。

三、影響質(zhì)量流量計測量精度的因素及修正 

影響質(zhì)量流量計測量精度的因素有很多，如儀表的基本誤差、零點穩(wěn)定度、重復性誤差等，這些誤差可以從質(zhì)量流量計的設計和制造方面來修正。另外，質(zhì)量流量計在安裝和使用過程中也會產(chǎn)生一定的誤差，如工藝溫度過高、工藝壓力遠遠高于檢定壓力或周圍環(huán)境強烈的機械振動等，都會影響質(zhì)量流量計的測量精度。 

1.機械振動的影響及修正從質(zhì)量流量計的工作原理中我們知道，它是基于振動的原理進行測量的儀表它以自身的頻率振動。流經(jīng)流量管的流體引起測量管扭曲，且扭曲的程度與質(zhì)量流量大小成正比。而外界的機械振動所產(chǎn)生的諧振波勢必會干擾儀表自有的振動幅度和頻率，影響測量的精度，嚴重時甚至還會損壞儀表。為消除機械振動對儀表精度造成的影響，我們應在安裝和使用維護方面加以注意。 

先，安裝的地點應盡量選擇在沒有機械振動的地方，遠離泵房、機組等振動源。盡量避免在同一管道上安裝兩臺或以上的傳感器，因為測量管振動會使各質(zhì)量流量計之間相互影響，產(chǎn)生干擾而引起異常振動，影響儀表工作。 

其次，要規(guī)范儀表安裝。采用無應力安裝，安裝時將直管直接先固定在支撐架上，裝上流量計的連接件，將直管按應有的長度割開， 將流量計無壓力焊接吊裝；或?qū)⒐に嚬艿琅c法蘭正確對準，保持同軸以減小應力，并設置固定支撐架，避免儀表在較長管線上振蕩。但支撐架應安裝在儀表兩端法蘭外的管線上，否則如果直接支撐于儀表本身會影響其自由振蕩，振蕩時產(chǎn)生的相位差就會出現(xiàn)偏差，從而影響測量結(jié)果，尤其對大口徑流量計，因其振動幅度大，后果更嚴重。 

在不能避免傳感器在同一管道中串聯(lián)使用時，應向廠家提出錯開接近儀表的共振頻率值，或拉開傳感器的安裝距離，分別設置立的支撐架。 

在傳感器附近工藝管線上有閥門或泵時，都需要有它自己的支撐物，不能用傳感器的安裝底板或工藝過程的連接件來支撐。 

對于較短時間或較弱的振動，可通過增加阻尼系數(shù)來進行修正。阻尼系數(shù)可以通過275通訊器修改，一般設置為5~30秒。 

2.工藝溫度的影響及修正工藝溫度的變化會引起介質(zhì)體積的變化，但不會影響測量結(jié)果，因為無論溫度如何變化質(zhì)量總是守恒的。但溫度的變化會影響測量管剛性與零點穩(wěn)定度，從而影響質(zhì)量流量計的測量精度。

溫度的變化對測量管剛度的改變在于：當溫度升高時，測量管的材質(zhì)會變軟，反之則變硬，科氏力產(chǎn)生的扭曲量也因此受影響。但流量管剛性具有重復性且可修復。一般質(zhì)量流量計的傳感器內(nèi)都安裝有RTD溫度傳感器，可進行溫度測量并進行溫度補償。如艾默生的質(zhì)量流量計，其測量管剛性隨溫度的變化可以用溫度系數(shù)T來修正。 

但溫度變化對零點穩(wěn)定度的影響卻會產(chǎn)生一個附加誤差，且是非重復性的。這是由于傳感器的材質(zhì)和幾何結(jié)構(gòu)的不均衡造成的。傳感器的零點不穩(wěn)定是由于介質(zhì)溫度與調(diào)零溫度不一致時所可能發(fā)生的z大偏移，表現(xiàn)為介質(zhì)溫度從調(diào)零溫度每變化1℃時流量變化的百分比。在過程溫度與調(diào)零溫度有較大差別時，誤差將較為顯著。因此，為了減小溫度對零點穩(wěn)定度的影響，可以將儀表在工藝溫度下調(diào)零來實現(xiàn)。 

3.工藝壓力的影響及修正工藝壓力的變化與溫度的變化一樣，會引起測量管剛度的改變。當介質(zhì)壓力升高時，傳感器測量管材質(zhì)變硬，增強了（測量）振動管繃緊效應（stiffeningeffect）和彎曲振動管的布爾登效應（Bourdoneffect）。壓力改變引起傳感器彈性變差和結(jié)構(gòu)尺寸改變，從而影響了流量計的儀表常數(shù)。因此，測量管的材料和幾何尺寸決定著壓力對傳感器影響的大小，口徑越大，影響越大。 

壓力對流量計的影響不僅是介質(zhì)壓力的波動對流量計的影響，更為突出的是工作壓力與標定壓力的較大偏差而造成的影響。目前流量計標定站的標定壓力一般設定在0.45MPa左右，但是質(zhì)量流量計安裝后實際工作壓力遠遠高于標定壓力。當工作壓力高于標定壓力時，傳感器振動管剛度的輕微變化會導致流量產(chǎn)生一個負向偏差，其幅度與振動管的厚度與外徑比有一定的關系，比值高影響小，比值低則影響大。小口徑的影響幾乎可以忽視，但大口徑隨著振動管的厚度與外徑比的降低，壓力效應還是存在的。 

廠家曾采用實驗的方法，測試出壓力變化對儀表測量精度的影響程度。具體方法是利用體積管流量標準裝置對一臺質(zhì)量流量計進行試驗，按照正常的檢定操作規(guī)程安裝好流量計，設定好檢定壓力，調(diào)整好流量計零點后進行標定操作，完成一次檢定過程后，重新設定檢定壓力，在新的檢定壓力下再次進行標定操作，直到完成所有壓力點的測試。

壓力越大，相對誤差越大。誤差為負數(shù)，表明流量顯示值偏小。從上面的分析可以看出：壓力對質(zhì)量流量計測量值的影響是確實存在的，因此有必要加以修正。儀表廠家在制造質(zhì)量流量計時，已考慮到壓力對測量精度的影響，通過增加流量管的壁厚來降低壓力對測量精度的影響，但增加壁厚會降低扭曲靈敏度，而扭曲靈敏度的降低會降低測量精度，所以為了確保測量精度，流量管直徑和壁厚應保持在一個z佳比例。因此，廠商是無法在制造時進行更多的技術改進來消除工作壓力對測量精度的影響的。要消除這種影響，還要在使用過程中進行修正，z簡單的方法是由供需雙方約定一個平均壓力，計算出補償后的流量系數(shù)，重新在變送器中組態(tài)，或根據(jù)流量系數(shù)的變化確定一個平均流量計系數(shù)直接對流量計結(jié)果進行修正，這在壓力波動不大的情況下是可以采用的。但是較科學和準確的辦法是在計量點配備壓力變送器，將壓力變送器測得的信號引入質(zhì)量流量計變送器中，由質(zhì)量流量計根據(jù)接收到的信號進行自動壓力補償。 

無論采取何種壓力修正方法，變送器都是根據(jù)以下公式進行補償計算的：K=Kcal·[1-Kp·（Pmeas-Pcal）]。 

式中K——經(jīng)過壓力補償后的流量系數(shù)；Kcal——流量計出廠或安裝前離線標定的流量系數(shù)；Kp——不同型號傳感器單位壓力變化補償系數(shù)；Pmeas——流量計工作壓力（表壓），Pa；Pcal——流量計離線標定時壓力（表壓），Pa。 

式中Kp·（Pmeas-Pcal）得到的是工作壓力偏離標定壓力時的測量誤差，表明偏離值越大，誤差就越大。當工作壓力較為穩(wěn)定時，可以采用確定一個固定值直接對變送器組態(tài)的方法修正測量誤差；當工作壓力波動較大時，建議采用加裝壓力變送器在線測量壓力的方法進行動態(tài)補償。

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