二、質(zhì)量流量計(jì)的工作原理 當(dāng)一根管子繞著原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)時(shí)，讓一個(gè)質(zhì)點(diǎn)從原點(diǎn)通過管子向外端流動(dòng)，即質(zhì)點(diǎn)的線速度由零逐漸加大，也就是說質(zhì)點(diǎn)被賦于能量，隨之而產(chǎn)生的反作用只將使管子的旋轉(zhuǎn)速度減緩，即管子運(yùn)動(dòng)發(fā)生滯后。相反，讓一個(gè)質(zhì)點(diǎn)從外端通過管子向原點(diǎn)流動(dòng)，即質(zhì)點(diǎn)的線速度由大逐漸減小趨向于零，也就是說質(zhì)點(diǎn)的能量被釋放出來，隨之而產(chǎn)生的反作用力ｔ將使管子的旋轉(zhuǎn)速度加快，即管子運(yùn)動(dòng)發(fā)生超前。這種能使旋轉(zhuǎn)的管子運(yùn)動(dòng)速度發(fā)生超前或滯后的力ｔ就稱為科氏力（見圖１）。

 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管。當(dāng)管子內(nèi)沒 有質(zhì)點(diǎn)流過時(shí)，連接管與軸是平行的，而當(dāng)管子內(nèi)有質(zhì)點(diǎn) 。習(xí) 司。 流過時(shí)，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（見圖２）。總而言之，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)造流量奠定了理論基礎(chǔ)。

     不斷旋轉(zhuǎn)著的管了只能在實(shí)驗(yàn)室里做模型，而不能用于實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場。我們將管子的圓周運(yùn)動(dòng)切割下一段圓弧，使管子在圓弧內(nèi)反復(fù)旋轉(zhuǎn)，即將單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成雙向振動(dòng)，而在有流量時(shí)就變成反復(fù)扭動(dòng)。要實(shí)現(xiàn)管子振動(dòng)是非常方便的，即用激磁電流進(jìn)行激勵(lì)。而在管子兩端利用電磁感應(yīng)分別取得正弦號(hào)１和２，兩個(gè)正弦號(hào)相位差的大小就直接反映出質(zhì)量流量的大小（見圖３）。 測量原理可用公式表達(dá)：

很容易看出科氏力的大小取決于移動(dòng)的物體（△ｍ），其在系統(tǒng)中的速度（ｐ），因而是質(zhì)量流量的函數(shù)。

 三、影響質(zhì)量流量計(jì)測量精度的因素及修正 影響質(zhì)量流量計(jì)測量精度的因素有很多，如儀表的基本誤差、零點(diǎn)穩(wěn)定度、重復(fù)性誤差等，這些誤差可以從質(zhì)量流量計(jì)的設(shè)計(jì)和制造方面來修正。另外，質(zhì)量流星計(jì)安裝和使用過程中也產(chǎn)生一定的誤差，如工藝溫度過高、工藝壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于檢定壓力或周圍環(huán)境強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)等，都會(huì)影響質(zhì)量流量計(jì)的測量精度。
 （一）機(jī)械震動(dòng)的影響及修正
    從質(zhì)量流量計(jì)的工作原理中我們知道，它是基于振動(dòng)的原理進(jìn)行測量的儀表，它以自身的頻率振動(dòng)。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(jī)械振動(dòng)所產(chǎn)生的諧振波勢必會(huì)干擾儀表自有的振動(dòng)幅度和頻率，影響測量的精度，嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)損壞儀表。
    為消除機(jī)械振動(dòng)對(duì)儀表精度造成的影響，我們應(yīng)在安裝和使用維護(hù)方面加以注意。
    首先，安裝的地點(diǎn)應(yīng)盡量選擇在沒有機(jī)械振動(dòng)的地方，遠(yuǎn)離泵房、機(jī)組等振動(dòng)源。盡量避免在同一管道上安裝兩臺(tái)或以上的傳感器，因?yàn)闇y量管振動(dòng)會(huì)使各質(zhì)量流量計(jì)之間相互影響，產(chǎn)生干擾而引起異常振動(dòng)，影響儀表工作。

    其次，要規(guī)范儀表安裝。采用無應(yīng)力安裝，安裝時(shí)將直管直接先固定在支撐架上，裝上流量計(jì)的連接件，將直管按應(yīng)有的長度割開，將流量計(jì)無壓力焊接吊裝；或?qū)⒐に嚬艿琅c法蘭正確對(duì)準(zhǔn)，保持同軸以減小應(yīng)力，并設(shè)置固定支撐架，避免儀表在較長管線上震蕩。但支撐架應(yīng)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(huì)影響其自由振蕩，振蕩時(shí)產(chǎn)生的相位差就會(huì)出現(xiàn)偏差，從而影響測量結(jié)果，尤其對(duì)大口徑流量計(jì)，因其振動(dòng)幅度大，后果更嚴(yán)重。

    在不能避免傳感器在同一管道中串聯(lián)使用時(shí)，應(yīng)向廠家提出錯(cuò)開接近儀表的共振頻率值；拉開傳感器的安裝距離，分別設(shè)置獨(dú)立的支撐架。

    在傳感器附近工藝管線上有閥門或泵時(shí)，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(duì)于較短時(shí)間或較弱的振動(dòng)，可通過增加阻尼系數(shù)來進(jìn)行修正。阻尼系數(shù)可以通過２７５通訊器來修改，一般設(shè)置為５~３０ｓ。

（二）工藝溫度的影響及修正
     工藝溫度的變化會(huì)引起介質(zhì)體積的變化，但不會(huì)影響測量結(jié)果，因?yàn)闊o論溫度如何變化質(zhì)量總是守恒的。但溫度的變化會(huì)影響測量管剛性與零點(diǎn)穩(wěn)定度，從而影響質(zhì)量流量計(jì)的測量精度。
    溫度的變化對(duì)測量管剛度的改變在于：當(dāng)溫度升高時(shí)，測量管的材質(zhì)會(huì)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(fù)性且可修復(fù)。一般質(zhì)量流量計(jì)的傳感器內(nèi)都安裝有ＲＴＤ溫度傳感器，可進(jìn)行溫度測量并進(jìn)行溫度補(bǔ)償。如艾默生的質(zhì)量流量計(jì)，其測量管鋼性隨溫度的變化可以用溫度系數(shù)Ｔ來修正。一臺(tái)型號(hào)為ＣＭＦ３００流量計(jì)的修正系數(shù)為６９５．７５５．１３，系數(shù)后三位５．１３就是它的溫度修正系數(shù)。因此，過程溫度不會(huì)對(duì)流量管剛性產(chǎn)生附加誤差。
    但溫度變化對(duì)零點(diǎn)穩(wěn)定度的影響卻會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加誤差，且是非重復(fù)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(diǎn)不穩(wěn)定是由于介質(zhì)溫度與調(diào)零溫度不一致時(shí)所可能發(fā)生的最大偏移，表現(xiàn)為介質(zhì)溫度從調(diào)零溫度每變化ｌ℃時(shí)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(shí)，誤差將較為顯著。因此，為了減小溫度對(duì)零點(diǎn)穩(wěn)定度的影響，可以將儀表在工藝溫度下調(diào)零來實(shí)現(xiàn)。

（三）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(huì)引起測量管剛度的改變。當(dāng)介質(zhì)壓力升高時(shí)，傳感器測量管材質(zhì)變硬，增強(qiáng)了（測量）振動(dòng)管繃緊（ｓｔｉｆｆｅｎｉｎｇ）效應(yīng)和彎曲振動(dòng)管的布爾登效應(yīng)（Ｂｏｕｒｄｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）。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(jì)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(duì)傳感器影響的大小，口徑越大，影響越大。
    壓力對(duì)流量計(jì)的影響不僅是介質(zhì)壓力的波動(dòng)對(duì)流量計(jì)的影響，更為突出的是工作壓力與標(biāo)定壓力的較大偏離而造成的影響。目前公司的流量計(jì)標(biāo)定站標(biāo)定壓力一般設(shè)定在０．４５ＭＰａ左右，但是質(zhì)量流量計(jì)安裝后實(shí)際工作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)定壓力。當(dāng)工作壓力高于標(biāo)定壓力時(shí)，傳感器振動(dòng)管剛度的輕微變化會(huì)導(dǎo)致流量產(chǎn)生一個(gè)負(fù)向偏差，其幅度與振動(dòng)管的厚度與外徑比具有一定的關(guān)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(dòng)管的厚度與外徑比的降低，壓力效應(yīng)還是存在的。
     某儀表廠家曾采用實(shí)驗(yàn)的方法，測試出壓力變化對(duì)儀表測量精度的影響的程度。具體方法是利用體積管流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)一臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)，按照正常的檢定操作規(guī)程安裝好流量計(jì)，設(shè)定好檢定壓力，調(diào)整好流量計(jì)零點(diǎn)后進(jìn)行標(biāo)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)行標(biāo)定操作，直到完成所有壓力點(diǎn)的測試。表１是對(duì)一臺(tái)流量計(jì)在不同壓力下的測試數(shù)據(jù)。 表１壓力對(duì)測量精度的影響 流量。

    表１可看出，壓力越大，相對(duì)誤差越大。誤差為負(fù)數(shù)，表明流量顯示值偏小。
    從上面的分析可以認(rèn)為：壓力對(duì)質(zhì)量流量計(jì)測量值的影響是確實(shí)存在的，因此有必要加以修正。儀一４５８— 淺談?dòng)绊戀|(zhì)量流量計(jì)精度的因素及修正表廠家在制造質(zhì)量流量計(jì)時(shí)，已考慮到壓力對(duì)測量精度的影響，通過增加流量管的壁厚來降低壓力對(duì)測量精度的影響，但增加壁厚會(huì)降低扭曲靈敏度，而扭曲靈敏度的降低就會(huì)降低其測量精度，為了確保其測量精度，流量管直徑和管壁厚度應(yīng)保持一個(gè)最佳比例。所以，廠商無法在制造時(shí)進(jìn)行更多的技術(shù)改進(jìn)來消除工作壓力對(duì)測量精度的影響。要消除這種影響，還應(yīng)在使用過程中進(jìn)行修正，最簡單的方法是由供需雙方約定一個(gè)平均壓力，計(jì)算出補(bǔ)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(gè)平均流量計(jì)系數(shù)直接對(duì)流量計(jì)結(jié)果進(jìn)行修正，這在壓力波動(dòng)不大的情況下是可以采用的。但是較科學(xué)和準(zhǔn)確的辦法是在計(jì)量點(diǎn)配備壓力變送器，將壓力變送器測得的信號(hào)引入質(zhì)量流量計(jì)變送器中，由質(zhì)量流量計(jì)根據(jù)接收到的信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)壓力補(bǔ)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(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算的：

 式中得到的是工作壓力偏離標(biāo)定壓力時(shí)的測量誤差，表明偏離值越大，誤差就越大。當(dāng)工作壓力較為穩(wěn)定時(shí)，可以采用確定一個(gè)固定值直接對(duì)變送器組態(tài)的方法修正測量誤差；當(dāng)工作壓力波動(dòng)較大時(shí)，建議采用加裝壓力變送器在線測量壓力的方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。


 四、應(yīng)用實(shí)例
     東罐區(qū)石腦油送乙烯選用的流量計(jì)是艾默生型號(hào)為ＣＭＦ６００的質(zhì)量流量計(jì)。該表投用后測得的質(zhì)量流量與工藝量罐檢尺得到的數(shù)值相差很大，生產(chǎn)單位認(rèn)為是流量計(jì)不準(zhǔn)，要求我們校驗(yàn)處理。

（一）現(xiàn)場分析 經(jīng)流量計(jì)標(biāo)定站標(biāo)定，該流量計(jì)標(biāo)結(jié)果精度為Ｏ．２級(jí)，符合貿(mào)易計(jì)量的精度。但流量計(jì)安裝在現(xiàn)場后，計(jì)量與工藝量罐檢尺得到的數(shù)值相差很大，達(dá)不到０．２級(jí)的計(jì)量精度。為了查找產(chǎn)生誤差的原因，我們對(duì)該計(jì)量點(diǎn)現(xiàn)場進(jìn)行了全面檢查：
（１）投用前進(jìn)行了有關(guān)參數(shù)組態(tài)，并在滿管及工藝溫度下作了在線零位調(diào)整。
（２）流量計(jì)安裝規(guī)范，而且很穩(wěn)固，不存在安裝方面對(duì)流量計(jì)精度影響的因素。
（３）流量計(jì)及管道沒有出現(xiàn)漏油、跑油等的現(xiàn)象。
（４）對(duì)儀表進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)零。 種種情況表明質(zhì)量流量計(jì)本身及安裝和使用方面都是沒問題的。我們進(jìn)一步檢查計(jì)量點(diǎn)的工藝壓力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該計(jì)量點(diǎn)的工藝壓力一般在１．３一１．６ＭＰａ之間波動(dòng)。該表的標(biāo)定壓力是０．４５ＭＰａ，與實(shí) －－－—．４５９．—．—． ２０１０’中國油氣計(jì)量技術(shù)論壇論文集際工作壓力相差較大，而且壓力波動(dòng)較大。我們決定在計(jì)量管道上加裝壓力變送器來測量壓力，對(duì)該流量計(jì)的計(jì)量進(jìn)行壓力補(bǔ)償。
（二）方案實(shí)施 具體的實(shí)施方案就是，在靠近流量計(jì)的直管段取測壓點(diǎn)，加裝壓力變送器，將壓力變送器測得的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)引入到質(zhì)量流量計(jì)變送器中，儀表接線示意圖如圖４所示。
 
 完成安裝、接線后，對(duì)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行組 態(tài)，內(nèi)容主要包括基本組態(tài)和壓力補(bǔ)償組態(tài)兩 部分。基本組態(tài)在改造前已經(jīng)完成，不需要改 動(dòng)，而只需要增加壓力補(bǔ)償組態(tài)。壓力補(bǔ)償組 態(tài)包括：選擇允許壓力補(bǔ)償、輸人流量因子、檢 定壓力、選擇輪詢控制、輸入壓力變送器位號(hào)、 輪詢控制變量等六項(xiàng)內(nèi)容。 完成以上工作后，再讓被測介質(zhì)充滿管 道，關(guān)閉上下游閥，然后對(duì)流量計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場靜 態(tài)調(diào)零，即可投入使用。


 （三）效果分析 通過對(duì)該質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行在線壓力補(bǔ)償后，測量精度得到了進(jìn)一步提高。我們對(duì)１６２。，１６４’罐輸出的質(zhì)量流量計(jì)實(shí)施在線壓力補(bǔ)償進(jìn)行了跟蹤，實(shí)際的測量精度前后比較情況見圖５。 從上圖結(jié)果表明，測量精度約ＪＡｏ．６２提高到０．１１，該流量計(jì)每月輸油量約１５×１０４ｔ，每年可減少損耗量約：１５００００×（０．６２％一０．１ｌ％）×１２＝９１８０（ｔ）。經(jīng)濟(jì)效益約４２００萬元。

 五、結(jié)束語 由于企業(yè)的內(nèi)部結(jié)算和貿(mào)易結(jié)算都要求采用質(zhì)量結(jié)算，造就了質(zhì)量流量計(jì)的使用和發(fā)展，同時(shí)對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的精度、穩(wěn)定性、可靠性的提出了更高的要求。我們通過對(duì)工藝壓力、溫度和機(jī)械振動(dòng)等因素對(duì)質(zhì)量流量計(jì)測量精度的影響進(jìn)行分析和探討，采取避免機(jī)械振動(dòng)、在線調(diào)零和壓力補(bǔ)償?shù)确椒ǎ行У亟鉀Q了這些因素對(duì)質(zhì)量流量計(jì)測量精度的影響，使質(zhì)量流量計(jì)的測量精度得到了進(jìn)一步地提高。