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科氏力質(zhì)量流量計(jì)分析產(chǎn)生零位漂移的真正原因?qū)嵭懈牧?/h2>
來源：上海自動化儀表有限公司作者：發(fā)表時間：2018-04-12 10:20:52【小中大】
一、 科氏力質(zhì)量流量計(jì)的工作原理
科氏力質(zhì)量流量計(jì)是運(yùn)用流體質(zhì)量流量對振動管振蕩的調(diào)制作用即科里奧利力現(xiàn)象為原理，以質(zhì)量流量測量為目的的質(zhì)量流量計(jì)。一般由傳感器和變送器組成。
如圖一所示。當(dāng)質(zhì)量為δm的流體質(zhì)點(diǎn)，以速度V沿管道AB運(yùn)動，同時，管道AB又以A點(diǎn)為圓心以角速度Ω轉(zhuǎn)動，當(dāng)該質(zhì)點(diǎn)做上述復(fù)合運(yùn)動時，在任意一點(diǎn)M處，質(zhì)點(diǎn)具有兩個加速度分量：向心加速度ar, 方向指向A點(diǎn)；科氏加速度ak,方向向上，量值為2ΩV。為使流體質(zhì)點(diǎn)具有科氏加速度，需要在ak 方向施加一個大小等于2ΩVδm的力，這個力來自管道，而流體質(zhì)點(diǎn)反作用于管道上的力就是科氏力Fc，方向如圖所示。
Fc=2ΩVδm (1)
如圖二所示，若流體密度為ρ，以速度V沿管道AB流動，設(shè)管道橫截面積為S，則任一段長度為△X管道上的科氏力△Fc為：
Fc= -△mak (2)
式中△m為長度△X管道中的流體質(zhì)量。△m=ρS△X
△Fc=-2ρS△X(Ω×V) (3)
由于上述管道中的流體，其Ω與V的夾角為90oC，質(zhì)量流量qm=ρSV,
有： qm=△Fc/2Ω△X (4)
從式(4)中可以看出，測量在旋轉(zhuǎn)管道中流體的科氏力就可以直接測得質(zhì)量流量。在實(shí)際應(yīng)用中使測量管道做簡諧振動，用振動的方式代替旋轉(zhuǎn)的方式，利用電磁或光電的檢測器檢測科氏力對振動的影響從而測得管道中的質(zhì)量流量。
按照傳感器測量管的形狀，質(zhì)量流量計(jì)分為直管型和彎管型兩大類。直管型一般尺寸較小，不易積氣，易于清洗，但由于其振動系統(tǒng)剛度大，諧振頻率高，相位差小，電信號處理較困難。為了降低諧振頻率，管壁必須較薄，而較薄的管壁會使耐磨性和抗腐蝕性變差。彎管型的振動系統(tǒng)剛度較低，電信號容易處理，可選用較厚的測量管壁，其耐磨性和抗腐蝕性較好，但由于形狀復(fù)雜，容易積存殘?jiān)蜌怏w，引起誤差，結(jié)構(gòu)尺寸也較大。
從式(4)中還可以看出，質(zhì)量流量并不受壓力的影響，只同測量管的幾何形狀和測量系統(tǒng)的振蕩特性有關(guān)。但實(shí)際上，工作壓力的變化會引起測量管幾何尺寸的改變并對測量系統(tǒng)的振蕩特性產(chǎn)生影響，從而引起測量誤差。為了實(shí)際證明這一點(diǎn)，我們采用實(shí)驗(yàn)的方法分析工作壓力的變化對流量計(jì)測量精度的影響。
二、 工作壓力對流量計(jì)測量精度的影響
利用可調(diào)節(jié)工作壓力的靜態(tài)稱量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置在不同壓力下對同一臺流量計(jì)進(jìn)行測試，從而得到壓力對流量計(jì)精度的影響值。實(shí)驗(yàn)選用國內(nèi)應(yīng)用較廣的一型彎管型和一型直管型流量計(jì)作為被測對象，所用的標(biāo)準(zhǔn)裝置是通過標(biāo)定的系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)步驟依照J(rèn)JG897-95《質(zhì)量流量計(jì)檢定規(guī)程》進(jìn)行，并參考了ISO 10790的有關(guān)要求。
1.實(shí)驗(yàn)方法 按照正常的檢定操作安裝好流量計(jì)，設(shè)定好檢定壓力，在進(jìn)行完系統(tǒng)預(yù)熱，調(diào)整流量計(jì)的零點(diǎn)后。進(jìn)行檢定操作，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)行檢定操作，直到完成全部實(shí)驗(yàn)壓力點(diǎn)的測試。在全部實(shí)驗(yàn)過程中，不對流量計(jì)的設(shè)置做改動。
2.彎管型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
表1為對一臺DS300流量計(jì)在不同檢定壓力下的測試數(shù)據(jù)
依照流量值對表1的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分別計(jì)算在各流量點(diǎn)下的流量計(jì)的誤差變化得到表2-5。
表1 DS300型流量計(jì)在不同檢定壓力下的測試數(shù)據(jù)表
表2 當(dāng)流量為20t/h不同工作壓力狀態(tài)下的誤差情況表
表3 當(dāng)流量為50t/h在不同工作壓力狀態(tài)下的誤差情況表
表4 當(dāng)流量為100t/h在不同壓力狀態(tài)下的誤差情況表
表5 當(dāng)流量為120t/h在不同壓力狀態(tài)下的誤差情況表
3.直管型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
表6為一臺63FS80流量計(jì)在不同檢定壓力下的測試數(shù)據(jù)
同樣依照流量值對表6的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分別計(jì)算在各流量點(diǎn)下的流量計(jì)的誤差變化得到表7-9。
從表2-5中可以發(fā)現(xiàn)流量計(jì)的實(shí)際工作壓力每升高0.1Mpa流量計(jì)會產(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，每高出0.1Mpa流量計(jì)會產(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。每低0.1Mpa流量計(jì)會產(chǎn)生約為+0.15%的附加誤差。此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)同該儀表的制造商公布的數(shù)據(jù)(-0.13%/0.1Mpa)基本一致。
表6 63FS80型流量計(jì)在不同檢定壓力下的測試數(shù)據(jù)表
表7 當(dāng)流量為20t/h在不同壓力狀態(tài)下的誤差情況表
表8 當(dāng)流量為50t/h在不同壓力狀態(tài)下的誤差情況表
表9 當(dāng)流量為100t/h在不同壓力狀態(tài)下的誤差情況表
從表7～9可以發(fā)現(xiàn)，流量計(jì)實(shí)際工作壓力的變化會產(chǎn)生較大的誤差，其變化值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于流量計(jì)的標(biāo)稱精度，并且這種變化沒有規(guī)律。工作壓力每變化0.1Mpa流量計(jì)會產(chǎn)生-2.55～+1.18%的附加誤差。因此這種型號的流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中是不能接受的。
三、 解決壓力影響的方法
應(yīng)該指出的是，我們此次實(shí)驗(yàn)選用的流量計(jì)，是受壓力影響較大型號的流量計(jì)，對其它型號的，特別是DN50口徑以下的流量計(jì)受壓力影響較小。為了避免實(shí)際應(yīng)用中壓力變化對流量計(jì)測量精度的影響，可以采取以下方法：
1.在選型時盡量選用受壓力變化影響小的質(zhì)量流量計(jì)；
2.對流量計(jì)進(jìn)行在線檢定；在不具備在線檢定條件時，也應(yīng)使流量計(jì)在工作壓力下進(jìn)行離線檢定；
3.對一些受壓力影響所產(chǎn)生附加誤差的變化較穩(wěn)定的流量計(jì)，可采用安裝壓力變送器的方法以軟件的方式實(shí)現(xiàn)進(jìn)行實(shí)時的壓力補(bǔ)償計(jì)算。
科氏力質(zhì)量流量計(jì)是一種常用的流量儀表，是運(yùn)用流體質(zhì)量流量對振動管振蕩的調(diào)制作用即科里奧利力現(xiàn)象為原理，以質(zhì)量流量測量為目的的質(zhì)量流量計(jì)。科氏力質(zhì)量流量計(jì)的缺點(diǎn)是什么用戶都知道嗎?下面小編就來具體介紹一下，希望可以幫助用戶更好的應(yīng)用產(chǎn)品。
科氏力質(zhì)量流量計(jì)的缺點(diǎn)：
1)不能用于測量密度太低的流體介質(zhì)如低壓氣體;液體 中含氣量超過某一值時會顯著地影響測量值到目前為止還沒有 用CMF成功地測量氣液二相流的實(shí)際例子。
2)對外界振動千擾較敏感為防止管道振動的影響大多 數(shù)CMF的流量傳感器對安裝固定有較高要求。
3)不能用于大管徑流量測量目前還局限于DN 150 - DN200mm以下。
4)測量管內(nèi)壁磨損腐蝕或沉積結(jié)垢會影響測量精度尤其 對薄壁測量管的CMF更為顯著。
5)大部分型號的CMF有較大的體積和重量壓力損失也 較大。
6)價格昂貴約為同n-徑電磁流量計(jì)的2一5倍或更高 10.1.3科里奧利質(zhì)且流f計(jì)的應(yīng)用 盡管CMF有許多極為可貴的優(yōu)點(diǎn)從側(cè)量原理上看也己比 較完善但由于這種流量計(jì)真正得到商用化的時間較短在應(yīng)用 中目前還存在一些問題和不足之處近年來雖然有些問題經(jīng)各制造廠家的不斷努力已獲得一定程度的解決但還有許多問題 月前還沒法從根本上解決甚至人們對有些問題的認(rèn)識還不夠。
科氏力質(zhì)量流量計(jì)準(zhǔn)確度問題解決辦法
歸納起來有以下幾個方面：
零位漂移問題
零位漂移也稱零點(diǎn)穩(wěn)定性CMF的零點(diǎn)穩(wěn)定性始終是一個人們非常關(guān)注的問題現(xiàn)在還很難從理論上分析產(chǎn)生零位漂移的 真正原因從工作原理上看CMF的特性似乎井不受流體特性流量計(jì)結(jié)構(gòu)和安裝方式等的影響但是大量的應(yīng)用實(shí)踐表明事 實(shí)并非如此分析其原因.主要是由于在工作原理的理論模型中 有微小振幅近似和無衰減近似機(jī)械振動的非對稱性和襄減可能 是導(dǎo)致儀表零漂的兩個根本原因 在CMF的應(yīng)用實(shí)踐中邊界條件的非對稱性是客觀存在的如檢測管兩端的固定方式振動管的剛度雙管自振頻率的差異材料的內(nèi)衰減等等實(shí)踐證明流體介質(zhì)的密度和枯度變化也影響儀表的零位.這可能是由于結(jié)構(gòu)的不平衡造成的密度變化導(dǎo)致整個測量系統(tǒng)的自振頻率變化也是其中的原因之一。
綜上所述盡管CMF的生產(chǎn)廠家在制造和調(diào)試工藝方面對抑制零漂采取了許多措施但CMF的零漂或多或少依然存在 設(shè)計(jì)合理精心制作和調(diào)校的質(zhì)量流量計(jì)可以最大限度地減小零漂如果設(shè)計(jì)上存在問題結(jié)構(gòu)不夠合理則零漂的影響就會變得不能容忍 由于零漂是一個固定值在流量下限零漂的影響就會變得很大例如某UN25的雙Sl型CMF其零點(diǎn)不穩(wěn)定性為 1lkg八最小量程的上限流量為0.8t/h此時由于零漂引人的 誤差為±0.125%按范圍度等于10計(jì)算下限流量時將引入 1.25%的誤差而某DN25的雙v型質(zhì)量流量計(jì)其零點(diǎn)不穩(wěn)定性為1 0.05kg/min,最小量程的上限流量為23kg/min此時由于零漂引人的誤差為10.22%如果按范圍度等于10計(jì)算下限流量時將引人1 2.2%的誤差設(shè)計(jì)不良的CMF零漂更為不可容忍。
經(jīng)過人們的不斷努力某些設(shè)計(jì)精良的流量計(jì)已能將零漂抑制到一個很小的水平相比之下國內(nèi)的同型產(chǎn)品還存在一定差距需要指出的是零漂來源于流量計(jì)的傳感器部分跟傳感器的制造安裝和使用都有關(guān)系而轉(zhuǎn)換器和顯示器等的零漂由于電子技術(shù)的發(fā)展己經(jīng)變得容易處理和消除這一點(diǎn)應(yīng)引起上海自動化儀表股份有限公司的流量計(jì)使用部門的重視。
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