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0、引言
燃油流量計(jì)用于封閉管道中流體流量的測(cè)量, 可得到流體的質(zhì)量流量及質(zhì)量總量、體積流量及體積總量、密度、溫度。在近年來(lái)的大量應(yīng)用中, 發(fā)現(xiàn)測(cè)量介質(zhì)物理參量的變化對(duì)其測(cè)量精度具有一定的影響。很多工況下, 介質(zhì)的工作壓力小于1 MPa, 壓力對(duì)流量的影響很小;而當(dāng)工作壓力上升時(shí), 壓力會(huì)對(duì)流量測(cè)量產(chǎn)生偏差。
1、燃油流量計(jì)簡(jiǎn)述
目前, 燃油流量計(jì)在市場(chǎng)上有多家產(chǎn)品,國(guó)外的有美國(guó)的MicroMotion和德國(guó)的E+H、KROHNE、SIEMENS, 國(guó)內(nèi)的有太原航空儀表有限公司等。
與其它直接式質(zhì)量流量測(cè)量相比, 燃油流量計(jì)CMF(coriolismassflowmeters)因其*的測(cè)量原理而具有許多突出優(yōu)點(diǎn):① 測(cè)量范圍大、精度高, 一般量程比為1∶20, 典
型流量測(cè)量準(zhǔn)確度為±0.2%, 精度高達(dá)±0.1%;② 測(cè)量管內(nèi)無(wú)零部件, 穩(wěn)定性好, 不會(huì)因管內(nèi)零部件的磨損而降低測(cè)量精度, 可測(cè)量高粘度流體與含固體顆粒的流體;③ 對(duì)流場(chǎng)敏感度低, 對(duì)被測(cè)流體的溫度、壓力、粘度等參數(shù)敏感度低, 受流場(chǎng)和流體參數(shù)的影響小;④ 為多功能儀表, 可同時(shí)測(cè)量流體密度、溫度、兩種液體組成的混合流體的比例等。
2、壓力影響的認(rèn)識(shí)
ISO10790∶1994版對(duì)壓力影響的表達(dá)是:靜態(tài)壓力的變化可能影響傳感器的性能, 但影響很小, 所以一般不采取補(bǔ)救措施;1999版對(duì)壓力有了新的認(rèn)識(shí):靜態(tài)壓力的變化能影響傳感器的性能, 其影響的程度,制造商應(yīng)當(dāng)說(shuō)明, 除了一些需要測(cè)量的應(yīng)用一般不需補(bǔ)償, 對(duì)于需要測(cè)量的應(yīng)用, 在設(shè)計(jì)和制造時(shí)應(yīng)考慮壓力補(bǔ)償。隨著燃油流量計(jì)的實(shí)踐應(yīng)用, 不斷有人提到流體壓力對(duì)流量測(cè)量有一些影響, 并相繼有用戶拿出試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持這些觀點(diǎn)。如中石化天津分公司大流量標(biāo)定中心、中石化安慶分公司計(jì)量中心、意大利的.Cascetta相繼有試驗(yàn)報(bào)告見諸報(bào)道。中石化天津分公司大流量標(biāo)定中心利用自己的標(biāo)定設(shè)備和燃油流量計(jì)進(jìn)行了壓力對(duì)儀表計(jì)量影響的試驗(yàn)。試驗(yàn)表明, DS300 流量計(jì)的工作壓力每升高0.1 MPa, 流量計(jì)會(huì)產(chǎn)生-0.12% ～ -0.17%的附加誤差。即當(dāng)工作壓力高于檢定壓力時(shí), 每高出0.1 MPa,流量計(jì)會(huì)產(chǎn)生約為-0.15%的附加誤差;而當(dāng)工作壓力低于檢定壓力時(shí), 每低0.1 MPa, 流量計(jì)會(huì)產(chǎn)生約為+0.15%的附加誤差, 與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、儀表制造商的數(shù)據(jù)(-0.13%/0.1 MPa)基本一致。
3、壓力實(shí)驗(yàn)分析
試驗(yàn)產(chǎn)品選用太航的LZL-3-30 /8-220, 其振管的幾何尺寸為Υ7.5 ×0.6。
3.1　靜態(tài)壓力試驗(yàn)
壓力試驗(yàn)設(shè)備zui高壓力可達(dá)到40 MPa。傳感器和變送器接線通電工作正常, 傳感器內(nèi)充滿水后開始?jí)毫υ囼?yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

如表1所示, 壓力在0 ～ 2 MPa時(shí), 傳感器振動(dòng)頻率、C1 及密度值保持不變;當(dāng)壓力大于2 MPa時(shí), 傳感器振動(dòng)頻率、C1 及密度值都發(fā)生變化。根據(jù)燃油流量計(jì)算公式得:
Qm =α×(C1 -C0 )×ktemp ×ku
式中:Qm 為質(zhì)量流量, kg/min或t/h;C0 、C1 為信號(hào)計(jì)數(shù)值;α, Ktemp, Ku為儀表標(biāo)定系數(shù)和修正系數(shù)。
在不考慮其它因素下, C1 直接影響流量Qm。在工作壓力小于2.0 MPa時(shí), C1 對(duì)流量測(cè)量精度影響很小,可不考慮壓力對(duì)測(cè)量的影響;工作壓力大于2 MPa時(shí),傳感器振動(dòng)頻率和C1 及密度值發(fā)生變化, C1 值變化直接影響到流量計(jì)的測(cè)量精度, C2 值影響產(chǎn)品穩(wěn)定性。
C0 、C1 的值在流量范圍內(nèi)大約在500 ～ 2000,當(dāng)C1 變化1個(gè)字,對(duì)流量測(cè)量的影響大概為1/500 ～ 1/2 000, 即0.002 ～ 0.000 5, 說(shuō)明在同一壓力下, 在標(biāo)稱流量的上端和下端, 壓力對(duì)流量測(cè)量的影響是不同的。
再選一臺(tái)太航生產(chǎn)的型號(hào)為L(zhǎng)ZL-3-30/1020燃油流量計(jì), 在工作壓力大于2 MPa的條件下進(jìn)行壓力試驗(yàn), 試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2數(shù)據(jù)可以看出, 表2所示數(shù)據(jù)和表1數(shù)據(jù)趨勢(shì)一致, 頻率和密度都隨壓力變化而變化。
有流量時(shí):
Δt=H-I (2)
計(jì)算流量:Qm =α×(Δt-Δt0 )×Ktemp ×Ku (3)
式中:Qm為質(zhì)量流量;H, I, Δt為信號(hào)計(jì)數(shù)值;Δt0 為零流量Δt計(jì)數(shù)值, 其它同上。由表2數(shù)據(jù)分析看出, Δt0 隨壓力增加而增大, 即壓力對(duì)傳感器的零點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)固定的偏向;由式(3)得出流量值Qm 會(huì)減小, 帶來(lái)一負(fù)向誤差。因此壓力增加, 振管的等效剛度增加, 頻率變化,理論分析頻率增大, 但實(shí)測(cè)減小;在靜態(tài)下的零位也會(huì)發(fā)生漂移, 這對(duì)流量測(cè)量的誤差影響較大。如果在動(dòng)態(tài)應(yīng)用中, 壓力不穩(wěn), 頻率不穩(wěn), 必然造成相位差不穩(wěn), 從而造成流量測(cè)量誤差的不穩(wěn)和零點(diǎn)漂移的不穩(wěn), zui終使流量測(cè)量的精度降低。
3.2　不同流體壓力動(dòng)態(tài)測(cè)量
為驗(yàn)證壓力對(duì)CMF精度的影響, 我們對(duì)太航公司生產(chǎn)的LZL-3-30/8做了不同壓力下的流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)。設(shè)置測(cè)量工作壓力為0.5 MPa和22 ～ 25 MPa, 進(jìn)行標(biāo)定測(cè)量, 分別就水流量和高壓流量進(jìn)行測(cè)量, 其結(jié)果分別如表3、表4所示。
由表3、表4顯示的數(shù)據(jù)可以看出, 工作壓力由0.5 MPa變化到25 MPa時(shí), 儀表系數(shù)由2 291調(diào)整到2 315, 引起-0.010 47的相對(duì)誤差, 即工作壓力上升對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響是負(fù)誤差。
其次改變傳感器的振管壁厚, 分別在同一壓力不同流量狀態(tài)下和不同壓力不同流量狀態(tài)下進(jìn)行對(duì)比測(cè)量, LZL-3-30/1020水流量以及高壓流量測(cè)量數(shù)據(jù)如表5、表6所示。
由表5、表6看出, 工作壓力上升為23 MPa時(shí), 引起誤差-0.005, 儀表系數(shù)由150 105調(diào)整到150 478,即工作壓力上升對(duì)測(cè)量的影響也是負(fù)誤差。
在科氏力燃油流量計(jì)中, 壓力對(duì)流量測(cè)量是有影響的, 當(dāng)工作壓力上升時(shí), 振動(dòng)管剛度變化引起頻率的變化, 對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生負(fù)向偏差, 反之則產(chǎn)生正向偏差。
傳感器的振管的幾何形狀、外徑、管壁厚度對(duì)壓力敏感度有很強(qiáng)的影響。*傳感器設(shè)計(jì)就是在振管的幾何結(jié)構(gòu)、壓力效應(yīng)和流量測(cè)量靈敏度等諸多因素進(jìn)行綜合考慮。
通過對(duì)太航LZL-3-30燃油流量計(jì)進(jìn)行壓力試驗(yàn),可得出以下結(jié)論:
① 流體壓力小于2 MPa, 壓力對(duì)流量測(cè)量的影響較小, 可以不考慮壓力影響;

② 流體壓力大于2MPa, 壓力對(duì)流量測(cè)量有影響, 通過壓力修正進(jìn)行補(bǔ)償, 滿足計(jì)量精度:
αF =αF0 (1 -EP(P0 -2))
式中:αF, αF0為壓力修正前后儀表流量系數(shù);P0 為管道內(nèi)介質(zhì)壓力, MPa;EP為壓力修正系數(shù), EP由實(shí)驗(yàn)計(jì)算得到, 對(duì)于LZL-3-30

③ 為了保障測(cè)量精度, 在現(xiàn)場(chǎng)工藝條件允許下,盡可能在工作壓力下進(jìn)行零校準(zhǔn), 減小因壓力變化引起零點(diǎn)波動(dòng)而帶來(lái)誤差。
本文利用太航設(shè)備和試驗(yàn)設(shè)施, 以LZL-3-30為研究對(duì)象, 對(duì)燃油流量計(jì)進(jìn)行壓力試驗(yàn), 分別在0.5 MPa和25 MPa、0.4 MPa和(20～23)MPa下對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了流量測(cè)試, 并對(duì)燃油流量計(jì)在不同介質(zhì)的情況下, 因工作壓力的變化而引起其測(cè)量誤差的變化進(jìn)行了對(duì)比分析, 給出了修正壓力引起的測(cè)量誤差的模型和方法, 以減小流體介質(zhì)壓力變化而引起的測(cè)量誤差, 提高燃油流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用水平。

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