摘 要：本文討論了影響HK-CMF質(zhì)量流量計(jì)準(zhǔn)確度的因素，主要介紹了被測介質(zhì)的工藝溫度、工藝壓力、介質(zhì)密度對HK-CMF質(zhì)量流量計(jì)準(zhǔn)確度的影響，同時(shí)HK-CMF相應(yīng)的解決方法。

關(guān)鍵字：HKC質(zhì)量流量計(jì) 測量準(zhǔn)確度 校正壓力

    一、前言

    HK-CMF質(zhì)量流量計(jì)自問世以來，因其準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性高，量程比大，輸出方式多樣，易于通訊，而在動(dòng)態(tài)計(jì)量領(lǐng)域得到了廣泛的普及和應(yīng)用。玉門油田分公司煉化總廠，在許多裝置中使用了HOMKOM公司生產(chǎn)的HKC質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。HK-CMF

    二、HK-CMF質(zhì)量流量計(jì)的工作原理

    HK-CMF質(zhì)量流量計(jì)是利用科里奧利效應(yīng)，即當(dāng)質(zhì)點(diǎn)在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)參考系內(nèi)做相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不同于通常離心力的慣性力作用在此點(diǎn)上。如圖1，當(dāng)質(zhì)量為δ_m的流體質(zhì)點(diǎn)，以速度v沿管道AB運(yùn)動(dòng)，此時(shí)管道在以角速度ω旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)中，設(shè)旋轉(zhuǎn)軸為X，與管道的交點(diǎn)為O，由于管內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)在軸向以速度v、在徑向以角速度ω運(yùn)動(dòng)，此時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)受到一個(gè)切向科氏力F_c。這個(gè)力作用在測量管壁上，在O點(diǎn)兩邊方向相反，大小相同，為：

    δF_c=2ω×v×δ_m     （1）

    若流體密度為ρ，管道橫截面積為S，則任意長為Δl的管道上的科氏力為：

    ΔF_c=-Δm×α_t     （2）

    式中：Δm為長度Δl的管道中的流體質(zhì)量，Δm=ρ×S×Δl
          α_t為圖1中科氏加速度，α_t=2ω×v

    將Δm、α_t代入式（1）得：

    ΔF_c=ρ×S×Δl×ω×v     （3）

    由于管道中流體的角速度ω與速度v成90度，且質(zhì)量流量Q_m=ρ×S×v，代入式（3）得：

    Q_m=ΔF_c/2ω×Δl     （4）

    從式（4）可以看出，測量旋轉(zhuǎn)管道中流體所產(chǎn)生的科氏力就可測到流體的質(zhì)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)，利用電磁或光電的檢測器檢測科氏力對振動(dòng)的影響，從而測得管道中的流量。

    三、影響HK-CMF質(zhì)量流量計(jì)準(zhǔn)確度的因素

    科氏力HK-CMF質(zhì)量流量計(jì)的檢測器無可動(dòng)部件和密封件，理論上不受被測介質(zhì)工藝溫度、工藝壓力及工藝密度等參數(shù)的影響，但我們在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，其準(zhǔn)確度不但受被測介質(zhì)的工藝條件的影響，甚至量程比，外界環(huán)境的振動(dòng)，也會(huì)使測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。

    （1）工藝溫度對HKC質(zhì)量流量計(jì)準(zhǔn)確度的影響

    科氏力HKC質(zhì)量流量計(jì)的質(zhì)量流量測量原理都是基于下面公式：

    Q_m=K×Δt/（8r²）     （5）

    式中：Q_m  為質(zhì)量流量；
          K  為傳感管的扭轉(zhuǎn)彈性模量；
          Δt 為左右傳感管的時(shí)間差；
          r  為左右傳感管的半徑。

    當(dāng)K、r為常數(shù)時(shí)，Q_m僅與時(shí)間差Δt成正比。然而與金屬彈性變化有關(guān)的楊氏彈性模量是溫度的函數(shù)。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，傳感管的鋼性也隨之變化，K就不再是一個(gè)常數(shù)，從而影響HKC質(zhì)量流量計(jì)的準(zhǔn)確度；當(dāng)溫度變化時(shí)，還會(huì)引起傳感器的幾何結(jié)構(gòu)的不均衡，從而影響到HKC質(zhì)量流量計(jì)的零點(diǎn)穩(wěn)定度。表1為ROSEMOUNT公司各種型號HKC質(zhì)量流量計(jì)，在不同溫度流量計(jì)準(zhǔn)確度受到影響的情況。

表1 溫度對準(zhǔn)確度的影響

傳感器	流量的溫度效應(yīng)
CMF025、CMF050、CMF100	額定流量時(shí)±0.00025%/℃
CMF200、CMF300	額定流量時(shí)±0.0001%/℃
D6、D25、D40、DH型	型額定流量時(shí)±0.001%/℃
D65、D100、D150、D165	額定流量時(shí)±0.001%/℃
DL100、DL200、D300、D600、DT	額定流量時(shí)±0.0002%/℃

    從表1可以看出，當(dāng)流量較大時(shí)，工藝溫度變化對流量測量準(zhǔn)確度的影響不是很大。就CMF200型來說，在額定流量時(shí)，每變化1度才影響準(zhǔn)確度±0.0001%。但流量較小時(shí)，工藝溫度對準(zhǔn)確度的影響就不可忽視了。

    （2）工藝壓力對HK-CMF質(zhì)量流量計(jì)準(zhǔn)確度的影響

    從公式（5）我們知道，當(dāng)r即左右傳感管的半徑發(fā)生變化，也會(huì)影響到HKC質(zhì)量流量計(jì)的測量準(zhǔn)確度。在實(shí)際應(yīng)用中，我們知道傳感管是一個(gè)彈性元件，一般管壁較薄，當(dāng)壓力增大時(shí)，r值也會(huì)隨著增大，從而影響準(zhǔn)確度。見圖2。

    從圖2中，我們可以看出壓力對測量準(zhǔn)確度的影響：當(dāng)工藝壓力增大，會(huì)使流量計(jì)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)向偏差，表現(xiàn)為流量顯示值比實(shí)際值偏小；當(dāng)壓力減小時(shí)，會(huì)使流量計(jì)產(chǎn)生一個(gè)正向偏差，表現(xiàn)為流量顯示值比實(shí)際值偏大。

    另一個(gè)方面，當(dāng)工藝壓力等于或低于該溫度下液體的飽和蒸汽壓時(shí)，就會(huì)發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，造成傳感管內(nèi)壁金屬表面因疲勞而損壞，從而影響HKC質(zhì)量流量計(jì)的準(zhǔn)確度和壽命。

    （3）介質(zhì)密度對HK-CMF質(zhì)量流量計(jì)準(zhǔn)確度的影響

    一般認(rèn)為科氏力HK-CMF質(zhì)量流量計(jì)是不受介質(zhì)工藝密度影響的，但大量精確的實(shí)驗(yàn)資料和理論分析表明，并非如此。對于科氏力流量計(jì)，當(dāng)檢定和計(jì)量的是不同密度的介質(zhì)時(shí)，密度的影響是存在的。當(dāng)用液體檢定的HKC質(zhì)量流量計(jì)用于測量氣體時(shí)，所引起的誤差是相當(dāng)大的，經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)密度從500kg/m³變到1000kg/m³時(shí)，對準(zhǔn)確度的影響達(dá)到0.06%。

    四、減小和消除對HK-CMF質(zhì)量流量計(jì)準(zhǔn)確度的影響

    HK-CMF質(zhì)量流量計(jì)，主要用于計(jì)量交接，所以HK-CMF質(zhì)量流量計(jì)使用過程中，減小和消除各種因素的影響，就成為保證HKC質(zhì)量流量計(jì)的準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。

    （1）溫度效應(yīng)的克服和消除方法

    對傳感管剛度的影響可以通過設(shè)定溫度校正系數(shù)的方法解決。一般HKC質(zhì)量流量計(jì)在出廠時(shí)，都給了溫度校正系數(shù)，有些是在配套的表中設(shè)好的。如一臺(tái)型號為CMF100流量計(jì)，廠家給出的校正系數(shù)是47.806/4.75，后三位4.75就是給定的溫度校正系數(shù)，使用時(shí)按操作手冊設(shè)定，即可消除工藝溫度對傳感管剛度影響產(chǎn)生的偏差。

    工藝溫度對于零點(diǎn)穩(wěn)定度的影響，在實(shí)際應(yīng)用中，只能通過在操作溫度下，對HKC質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)零，使影響減到最小。

    （2）壓力效應(yīng)的克服和消除

    工藝壓力對準(zhǔn)確度的影響，各種科氏力HKC質(zhì)量流量計(jì)是不同的，在實(shí)際應(yīng)用中是通過流量系數(shù)修正的方法來消除的。這里要解決好校正系數(shù)的計(jì)算問題。流量系數(shù)的計(jì)算是基于下面公式：

    新的流量系數(shù)=給定流量系數(shù)×[1+K_p×（p_操作-p_校正）×0.0014285]     （6）

    式中：K_p是壓力對流量的校正系數(shù)（查表2）；
          p_操作是測量時(shí)壓力，單位是kPa，
          p_校正是校正壓力 （一般取200kPa）。

    例如煉化總廠，液化氣出廠計(jì)量的HKC質(zhì)量流量計(jì)CMF200型，出廠給定流量系數(shù)是620.12，測量壓力為1200kPa，則需設(shè)定的實(shí)際流量系數(shù)為：

    實(shí)際流量系數(shù)=620.12×[1+0.0008×（1200-200）×0.0014285]= 620.83

    在流量計(jì)投用設(shè)定參數(shù)時(shí)，將此實(shí)際流量系數(shù)設(shè)定，即可消除工藝壓力對準(zhǔn)確度的影響。如表2是不同型號流量計(jì)壓力對流量的修正系數(shù)。

表2

傳感器	修正系數(shù)	傳感器	修正系數(shù)
CMF100	0.0002	D300	0.009
CMF200	0.0008	D600	0.005
CMF300	0.0006	F100	0.001
DL100	0.005	F200	0.0005
DL200	0.009

    對于氣蝕現(xiàn)象造成的影響，通常采用在流量計(jì)的下游，保持一定背壓的方法解決。最小背壓根據(jù)下式計(jì)算：

    p_b=2Δp+1.25Pc      （7）

    式中：p_b  是流量計(jì)最小背壓，單位Pa；
          Δp_b 最大流量時(shí)流量計(jì)的壓降，單位Pa；
          pc  是油品的飽和蒸汽壓，單位Pa。

    （3）密度效應(yīng)的克服和消除

    密度校準(zhǔn)系數(shù)，一般在儀表出廠時(shí)也是給定的。在實(shí)際應(yīng)用前，應(yīng)清楚檢定介質(zhì)和所要測量介質(zhì)的密度是否相近，如果介質(zhì)密度相近，其對準(zhǔn)確度的影響是可忽略的。否則，誤差是相當(dāng)大的。此外在實(shí)際應(yīng)用中，流量計(jì)有密度輸出值，應(yīng)注意檢查，若密度值嚴(yán)重偏離實(shí)際值，必須進(jìn)行校正。

    五、結(jié)束語

    由于我國現(xiàn)使用的HK-CMF質(zhì)量流量計(jì)大多都是進(jìn)口的，價(jià)格不低，而且HKC質(zhì)量流量計(jì)主要用于貿(mào)易結(jié)算和計(jì)量交接，所以在選型、使用上，應(yīng)盡量減少人為錯(cuò)誤，減少流量計(jì)的誤差，使它們更好地發(fā)揮計(jì)量職能。