摘 要：介紹了宏控HK-CMF質(zhì)量流量計在流量參數(shù)測量中的應(yīng)用，探討了環(huán)境溫度、介質(zhì)溫度、介質(zhì)壓力等對流量測量的影響，以及Micro Motin質(zhì)量流量計的維護(hù)和故障排除。為工業(yè)自動化控制提供準(zhǔn)確的流量數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵字：質(zhì)量流量計 流量測量 環(huán)境溫度 介質(zhì)溫度 介質(zhì)壓力 應(yīng)用

    1 流量參數(shù)測量的現(xiàn)狀

    流量作為四大重要的工藝參數(shù)之一，隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，流量測量所面臨的要求愈來愈高，條件也更加復(fù)雜。測量介質(zhì)從低溫低壓到高溫高壓；在介質(zhì)流動狀態(tài)方面從層流到紊流和脈動流；測量對象有氣體、液體、固體和兩相流體；而流體本身有低粘度、高粘度和強(qiáng)腐蝕性；測量范圍則從每秒數(shù)滴到每小時數(shù)千噸等等。這么復(fù)雜的狀況和要求，必然要求儀表測量手段多樣化，從而推動測量儀表技術(shù)向尖端發(fā)展。

    流量測量儀表，經(jīng)驗和實驗數(shù)據(jù)較成熟的是差壓式流量計，它包括標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置（標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、文丘利管）和非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置（圓缺孔板、雙重孔板、文丘利噴嘴等）的差壓式流量計。此種流量計只適用于50N/1000mm口徑的管道流量測量，量程比為3，最大不能超過4。當(dāng)流量小于30%時，雷諾數(shù)往往低于界限雷諾數(shù)，流量系數(shù)α不是常數(shù)，造成流量測量不準(zhǔn)，而且精度不能保證。因而差壓式流量計在需要精確計量的場合不能使用。其它如轉(zhuǎn)子流量計、靶式流量計、容積式流量計、渦輪流量計、漩渦流量計等，雖各有其特點，有的測量的是體積流量，而且測量精度不高，有的安裝要求較高。

    宏控HK-CMF質(zhì)量流量計從質(zhì)量測量入手，解決了流量測量的問題，而且其精度能夠滿足國際貿(mào)易結(jié)算要求。

    2 宏控HK-CMF 質(zhì)量流量計的性能

    2.1 宏控HK-CMF 質(zhì)量流量計的工作原理

    宏控HK-CMF質(zhì)量流量計是由傳感器、變送器、顯示儀表等組成。流體流過質(zhì)量流量計的測速管時產(chǎn)生科氏力，在科氏力的作用下管子發(fā)生形變，傳感器上的左、右檢測線圈輸出信號到變送器的輸入電路，變送器把來自傳感器的低電平信號利用流量校準(zhǔn)系統(tǒng)和檢測到的溫度轉(zhuǎn)換為4~20mA電流和頻率輸出量。

    驅(qū)動電路產(chǎn)生1個使管子振動的振蕩電壓。振蕩頻率即傳感器的自然頻率。因此，過程流體密度的測量可根據(jù)測出的傳感器自振頻率來計算。

    溫度放大器把裝在傳感器的鉑電阻溫度裝置（RTD）的電阻轉(zhuǎn)化為線性電壓（5mV/cm），以便于計算數(shù)字化、傳感器的溫度補(bǔ)償和密度監(jiān)測系統(tǒng)（DMS）的輸出。

    溫度補(bǔ)償?shù)姆直媛蕿?.1℃ ，溫度范圍-240~450℃ 。

    2.2 宏控HK-CMF 質(zhì)量流量計的特點

    （1）可直接測質(zhì)量流量，與被測介質(zhì)的溫度、壓力、密度、粘度變化無關(guān)。與測量流量后進(jìn)行溫度、壓力、密度補(bǔ)償?shù)姆椒ú煌?br />     （2）無可動部件，可靠性高。
    （3）線性輸出，測量精度高，可達(dá)0.1%~0.2%。
    （4）可調(diào)量程比寬，最高可達(dá)l:100。
    （5）適用于各種液體，如腐蝕性、臟污介質(zhì)、懸浮液、兩相流體（液體中氣體的體積分?jǐn)?shù)小于10%）等。
    （6）不管流向如何，傳感器均可進(jìn)行精確測量，即可測雙向流體。

    3 宏控HK-CMF 質(zhì)量流量計的應(yīng)用

    3.1 質(zhì)量流量計的安裝

    （1）測量液體流量時，外殼朝下安裝傳感器，以避免空氣聚集在傳感器管內(nèi)。
    （2）測量氣體流量時，外殼朝上安裝傳感器，以避免在傳感器內(nèi)積聚冷凝液。
    （3）當(dāng)測量漿狀液或便于排放液時，傳感器垂直安裝在管道上。可避免微粒在傳感器內(nèi)積聚。如果工藝管線需用氣體或蒸汽吹掃，這樣安裝便于清掃。垂直安裝還可以防止噴流。
    （4）傳感器在管道中串聯(lián)使用時，兩串聯(lián)安裝的傳感器要采用管卡子固定，這樣可以避免當(dāng)一個傳感器內(nèi)管的振動通過管道傳到另一個傳感器。這些振動使得調(diào)整零點很困難。
    （5）傳感器連接工藝件和工藝管道時，無應(yīng)力安裝是至關(guān)重要的。特別注意減小工藝連接件上的應(yīng)力，將工藝管道與法蘭正確對準(zhǔn)，保持同軸可減小應(yīng)力。在傳感器附近工藝管線上的閥門或泵都需要有自己的支撐物，不能用傳感器的安裝底板或工藝過程的連接件來支撐泵和閥門。
    （6）傳感器垂直安裝時，為避免介質(zhì)回流至傳感器中，應(yīng)在傳感器下游安裝1個止回閥，止回閥距離傳感器愈近愈好。
    （7）質(zhì)量流量計在工作中使用磁場。因此，傳感器的位置距大變壓器或電動機(jī)應(yīng)大于0.6m。而且傳感器與變送器的連接電纜不要覆蓋在諸如電動機(jī)等可發(fā)射磁場的設(shè)備上。

    3.2 過程溫度對傳感器的影響

    3.2.1 過程溫度對流量管剛性的影響

    Young’s彈性系數(shù)，即金屬彈性品質(zhì)會隨溫度的變化而變化。流量管剛性具有重復(fù)性并且可被修復(fù)。傳感器內(nèi)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。因此過程溫度不會對流量管剛性產(chǎn)生附加誤差。

    3.2.2 過程溫度對零點穩(wěn)定性的影響

    由于幾何形狀和結(jié)構(gòu)的不對稱，因而所有的機(jī)械結(jié)構(gòu)都會受到溫度的影響。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)生的最大偏移，表現(xiàn)為介質(zhì)溫度從調(diào)零溫度每變化1℃時額定流量的百分比。

    如用戶在調(diào)零溫度為+10℃或-10℃操作流量計，則：

    CMF100=0.00025%×10=0.00556（N/min）

    D1O0=0.001%×10=0.01779（N/min）

    如果過程溫度與調(diào)零溫度有較大差別，則會產(chǎn)生附加誤差，且是非重復(fù)性的。因此，質(zhì)量流量計在調(diào)零時，應(yīng)將工作介質(zhì)充滿管道，保持儀表工作時的溫度和壓力，調(diào)零才是準(zhǔn)確的。過程溫度對零點穩(wěn)定性的影響可通過實際調(diào)零來消除。

    3.3 環(huán)境溫度對變送器的影響

    3.3.1 環(huán)境溫度對信號處理電路的影響

    專利設(shè)計的三通道信號處理可抑制環(huán)境溫度對測量的影響（見圖1）。

    3.3.2 環(huán)境溫度對輸出電路的影響

    （1）環(huán)境溫度對頻率和數(shù)字輸出電路無影響；
    （2）環(huán)境溫度對模擬輸出的影響是從標(biāo)定溫度每變化1℃，影響為量程的±0.005%。

    如果環(huán)境溫度與標(biāo)定溫度有較大的差別，可能會出現(xiàn)附加誤差。可以通過在操作溫度附近標(biāo)定來消除。

    3.4 壓力對傳感器的影響

    3.4.1 壓力對傳感器測量存在的影響

    由于內(nèi)部壓力的影響，使得無論何種設(shè)計或生產(chǎn)商，對于所有科氏傳感器都存在影響。影響的程度取決于各種傳感器的設(shè)計。

    3.4.2 降低壓力影響的措施

    （1）Elite型傳感器的選擇

    可以增加流量管的壁厚來降低壓力的影響，但增加壁厚必然會降低扭曲靈敏度，導(dǎo)致測量精度的降低。因此，流量管壁厚必須加以優(yōu)化來保證最佳性能。Elite型傳感器及其后來的產(chǎn)品設(shè)計皆基于流量管直徑和壁厚的最佳比例。

    （2）調(diào)整標(biāo)定系數(shù)抑制壓力引起的誤差

    1臺CMF300M傳感器，在穩(wěn)定的6891.1kPa下操作，且流量系數(shù)（FCF）為695.755。調(diào)整FCF的方法如下：

    1）流量誤差的計算

    查技術(shù)手冊，CMF300M 1kPa壓力影響是流量的0.000087%，且標(biāo)定壓力為137.822kPa。

    因此，由壓力引起的誤差，在6891.1kPa時為流量的-0.588%。

    2）FCF的計算

    流量誤差是-0.588%，將FCF增加0.588%以消除誤差影響，則FCF1=（FCF×0.588%）+FCF=699.845

    將新的FCF1標(biāo)定系數(shù)輸入變送器即可修正壓力引起的誤差。

    4 宏控HK-CMF 質(zhì)量流量計維護(hù)及故障排除

    4.1 故障自診斷--LED閃爍狀態(tài)

    （1）正常：LED在頻率1Hz時閃爍，1/4時間亮，3/4時間滅。
    （2）調(diào)零：LED長亮。
    （3）出錯：LED在頻率1Hz時閃爍，3/4時間亮，1/4時間滅。
    （4）組態(tài)模式：LED在1min內(nèi)閃爍3次，其余時間滅。
    （5）無電源：LED滅。

    4.2 故障診斷--變送器輸出錯誤
    
    （1）下限報警：模擬輸出固定在0~2mA，頻率輸出固定在0Hz。
    （2）上限報警：模擬輸出固定在22mA，頻率輸出固定在15000Hz。

    4.3 故障診斷信息及處理（見表1）

表1 故障診斷信息及處理

故障信息	故障原因	解決措施
EPROM error	EPROM出錯	維修或更換EPROM
RAMerror.0000	RAM 診斷出錯	維修或更換RAM
Drive/Input Overrng	（1）接線錯誤； （2）流量超出傳感器范圍 （3）傳感器驅(qū)動線圈開路或短路	（1）正確接線； （2）降低流量到范圍內(nèi)； （3）檢修驅(qū)動線圈
綠、白線間開路或短路	傳感器左檢測線圈開路或短路	檢測左檢測線圈
Sensor Error	接線錯誤	正確接線
蘭、灰線間開路或短路	（1）傳感器右檢測線圈開路或短路（2）傳感器殼體內(nèi)有水汽	檢修右檢測線圈； 更換接線密封套等
Drive/Dens Overrng	（1）流量管堵賽； （2）密度標(biāo)定系數(shù)不匹配； （3）氣團(tuán)或固體引起振動不平衡	（1）蒸汽或水吹掃； （2）進(jìn)行密度標(biāo)定； （3）監(jiān)視密度
Temp Overrng	（1）溫度超出傳感器范圍； （2）接線錯誤	（1）降低溫度在范圍內(nèi)； （2）正確接線
黃、枯線間開路或短路	傳感器引線補(bǔ)償開路或短路	檢修引線補(bǔ)償器
黃、紫線間開路或短路	傳感器內(nèi)RTD開路或短路	檢修RTD溫度傳感器
Slug Flow	（1）氣團(tuán)使過程密度低于下限 （2）固體使過程密度高于上限	（1）輸入新的團(tuán)流限制； （2）輸入新的團(tuán)流時間
Freq saturated	15、16端子達(dá)到15kHz	（1）改變流量單位； （2）降低流量； （3）重新標(biāo)定脈沖輸出；
mA 1 saturted	17、18端子達(dá)到22mA	改變20mA所對應(yīng)的值
mA 2 saturted	19、20端子達(dá)到22mA	改變20mA所對應(yīng)的值
Zero Too Noisy	自動調(diào)零時機(jī)械干擾太高	消除機(jī)械干擾重新調(diào)零
Zero Too High/Low	自動調(diào)零時流量沒有完全關(guān)閉	完全關(guān)閉流量重新調(diào)零

    獲得診斷信息的界面：①HART手操器；②Prolink/AMS軟件；③變送器顯示窗口。

    5 結(jié)語

    宏控HK-CMF質(zhì)量流量計技術(shù)先進(jìn)，且其各項性能指標(biāo)優(yōu)良，故障率極低。通過正確的安裝和使用維護(hù)，就能保證對流量的良好測量效果，為工業(yè)自動控制和貿(mào)易計量提供準(zhǔn)確的流量數(shù)據(jù)。