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科氏力质量流量计分析产生零位漂移的真正原因实行改良

来源:上海自动化仪表有限公司作者:发表时间:2018-04-12 10:20:52

 一、 科氏力质量流量计的工作原理

 
科氏力质量流量计是运用流体质量流量对振动管振荡的调制作用即科里奥利力现象为原理,以质量流量测量为目的的质量流量计。一般由传感器和变送器组成。
流量计的组成图
 
 
  如图一所示。当质量为δm的流体质点,以速度V沿管道AB运动,同时,管道AB又以A点为圆心以角速度Ω转动,当该质点做上述复合运动时,在任意一点M处,质点具有两个加速度分量:向心加速度ar, 方向指向A点;科氏加速度ak,方向向上,量值为2ΩV。为使流体质点具有科氏加速度,需要在ak 方向施加一个大小等于2ΩVδm的力,这个力来自管道,而流体质点反作用于管道上的力就是科氏力Fc,方向如图所示。
Fc=2ΩVδm                   (1)
如图二所示,若流体密度为ρ,以速度V沿管道AB流动,设管道横截面积为S,则任一段长度为△X管道上的科氏力△Fc为:
Fc= -△mak                   (2)
式中△m为长度△X管道中的流体质量。△m=ρS△X
△Fc=-2ρS△X(Ω×V)              (3)
由于上述管道中的流体,其Ω与V的夹角为90oC,质量流量qm=ρSV,
有: qm=△Fc/2Ω△X                 (4)
从式(4)中可以看出,测量在旋转管道中流体的科氏力就可以直接测得质量流量。在实际应用中使测量管道做简谐振动,用振动的方式代替旋转的方式,利用电磁或光电的检测器检测科氏力对振动的影响从而测得管道中的质量流量。
按照传感器测量管的形状,质量流量计分为直管型和弯管型两大类。直管型一般尺寸较小,不易积气,易于清洗,但由于其振动系统刚度大,谐振频率高,相位差小,电信号处理较困难。为了降低谐振频率,管壁必须较薄,而较薄的管壁会使耐磨性和抗腐蚀性变差。弯管型的振动系统刚度较低,电信号容易处理,可选用较厚的测量管壁,其耐磨性和抗腐蚀性较好,但由于形状复杂,容易积存残渣和气体,引起误差,结构尺寸也较大。
从式(4)中还可以看出,质量流量并不受压力的影响,只同测量管的几何形状和测量系统的振荡特性有关。但实际上,工作压力的变化会引起测量管几何尺寸的改变并对测量系统的振荡特性产生影响,从而引起测量误差。为了实际证明这一点,我们采用实验的方法分析工作压力的变化对流量计测量精度的影响。
 
二、 工作压力对流量计测量精度的影响
 
利用可调节工作压力的静态称量法水流量标准装置在不同压力下对同一台流量计进行测试,从而得到压力对流量计精度的影响值。实验选用国内应用较广的一型弯管型和一型直管型流量计作为被测对象,所用的标准装置是通过标定的系统,实验步骤依照JJG897-95《质量流量计检定规程》进行,并参考了ISO 10790的有关要求。
1.实验方法 按照正常的检定操作安装好流量计,设定好检定压力,在进行完系统预热,调整流量计的零点后。进行检定操作,完成一次检定过程后,重新设定检定压力,在新的检定压力下再次进行检定操作,直到完成全部实验压力点的测试。在全部实验过程中,不对流量计的设置做改动。
2.弯管型实验数据 
表1为对一台DS300流量计在不同检定压力下的测试数据 
依照流量值对表1的数据进行分析,分别计算在各流量点下的流量计的误差变化得到表2-5。
 
表1 DS300型流量计在不同检定压力下的测试数据表
表1 DS300型流量计在不同检定压力下的测试数据表
 
 
表2 当流量为20t/h不同工作压力状态下的误差情况表
表2 当流量为20t/h不同工作压力状态下的误差情况表
 
表3 当流量为50t/h在不同工作压力状态下的误差情况表
表3 当流量为50t/h在不同工作压力状态下的误差情况表
 
表4 当流量为100t/h在不同压力状态下的误差情况表
表4 当流量为100t/h在不同压力状态下的误差情况表
 
表5 当流量为120t/h在不同压力状态下的误差情况表
表5 当流量为120t/h在不同压力状态下的误差情况表
 
  3.直管型实验数据
表6为一台63FS80流量计在不同检定压力下的测试数据
同样依照流量值对表6的数据进行分析,分别计算在各流量点下的流量计的误差变化得到表7-9。
从表2-5中可以发现流量计的实际工作压力每升高0.1Mpa流量计会产生-0.12~-0.17%的附加误差。即当工作压力高于检定压力时,每高出0.1Mpa流量计会产生约为-0.15%的附加误差,而当工作压力低于检定压力时。每低0.1Mpa流量计会产生约为+0.15%的附加误差。此实验数据同该仪表的制造商公布的数据(-0.13%/0.1Mpa)基本一致。
表6 63FS80型流量计在不同检定压力下的测试数据表
表6 63FS80型流量计在不同检定压力下的测试数据表
 
表7 当流量为20t/h在不同压力状态下的误差情况表
表7 当流量为20t/h在不同压力状态下的误差情况表
 
表8 当流量为50t/h在不同压力状态下的误差情况表
表8 当流量为50t/h在不同压力状态下的误差情况表
 
表9 当流量为100t/h在不同压力状态下的误差情况表
表9 当流量为100t/h在不同压力状态下的误差情况表
 
  从表7~9可以发现,流量计实际工作压力的变化会产生较大的误差,其变化值远远高于流量计的标称精度,并且这种变化没有规律。工作压力每变化0.1Mpa流量计会产生-2.55~+1.18%的附加误差。因此这种型号的流量计在实际应用中是不能接受的。
 
三、 解决压力影响的方法
 
应该指出的是,我们此次实验选用的流量计,是受压力影响较大型号的流量计,对其它型号的,特别是DN50口径以下的流量计受压力影响较小。为了避免实际应用中压力变化对流量计测量精度的影响,可以采取以下方法:
1.在选型时尽量选用受压力变化影响小的质量流量计;
2.对流量计进行在线检定;在不具备在线检定条件时,也应使流量计在工作压力下进行离线检定;
3.对一些受压力影响所产生附加误差的变化较稳定的流量计,可采用安装压力变送器的方法以软件的方式实现进行实时的压力补偿计算。
 
  科氏力质量流量计是一种常用的流量仪表,是运用流体质量流量对振动管振荡的调制作用即科里奥利力现象为原理,以质量流量测量为目的的质量流量计。科氏力质量流量计的缺点是什么用户都知道吗?下面小编就来具体介绍一下,希望可以帮助用户更好的应用产品。
 
  科氏力质量流量计的缺点:
 
  1)不能用于测量密度太低的流体介质如低压气体;液体 中含气量超过某一值时会显著地影响测量值到目前为止还没有 用CMF成功地测量气液二相流的实际例子。
 
  2)对外界振动千扰较敏感为防止管道振动的影响大多 数CMF的流量传感器对安装固定有较高要求。
 
  3)不能用于大管径流量测量目前还局限于DN 150 - DN200mm以下。
 
  4)测量管内壁磨损腐蚀或沉积结垢会影响测量精度尤其 对薄壁测量管的CMF更为显著。
 
  5)大部分型号的CMF有较大的体积和重量压力损失也 较大。
 
  6)价格昂贵约为同n-径电磁流量计的2一5倍或更高 10.1.3科里奥利质且流f计的应用 尽管CMF有许多极为可贵的优点从侧量原理上看也己比 较完善但由于这种流量计真正得到商用化的时间较短在应用 中目前还存在一些问题和不足之处近年来虽然有些问题经各制造厂家的不断努力已获得一定程度的解决但还有许多问题 月前还没法从根本上解决甚至人们对有些问题的认识还不够。
科氏力质量流量计准确度问题解决办法
科氏力质量流量计准确度问题解决办法
 
  归纳起来有以下几个方面:
 
  零位漂移问题
 
  零位漂移也称零点稳定性CMF的零点稳定性始终是一个人们非常关注的问题现在还很难从理论上分析产生零位漂移的 真正原因从工作原理上看CMF的特性似乎井不受流体特性流量计结构和安装方式等的影响但是大量的应用实践表明事 实并非如此分析其原因.主要是由于在工作原理的理论模型中 有微小振幅近似和无衰减近似机械振动的非对称性和襄减可能 是导致仪表零漂的两个根本原因 在CMF的应用实践中边界条件的非对称性是客观存在的如检测管两端的固定方式振动管的刚度双管自振频率的差异材料的内衰减等等实践证明流体介质的密度和枯度变化也影响仪表的零位.这可能是由于结构的不平衡造成的密度变化导致整个测量系统的自振频率变化也是其中的原因之一。
 
  综上所述尽管CMF的生产厂家在制造和调试工艺方面对抑制零漂采取了许多措施但CMF的零漂或多或少依然存在 设计合理精心制作和调校的质量流量计可以最大限度地减小零漂如果设计上存在问题结构不够合理则零漂的影响就会变得不能容忍 由于零漂是一个固定值在流量下限零漂的影响就会变得很大例如某UN25的双Sl型CMF其零点不稳定性为 1lkg八最小量程的上限流量为0.8t/h此时由于零漂引人的 误差为±0.125%按范围度等于10计算下限流量时将引入 1.25%的误差而某DN25的双v型质量流量计其零点不稳定性为1 0.05kg/min,最小量程的上限流量为23kg/min此时由于零漂引人的误差为10.22%如果按范围度等于10计算下限流量时将引人1 2.2%的误差设计不良的CMF零漂更为不可容忍。
 
  经过人们的不断努力某些设计精良的流量计已能将零漂抑制到一个很小的水平相比之下国内的同型产品还存在一定差距需要指出的是零漂来源于流量计的传感器部分跟传感器的制造安装和使用都有关系而转换器和显示器等的零漂由于电子技术的发展己经变得容易处理和消除这一点应引起上海自动化仪表股份有限公司的流量计使用部门的重视。

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