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科里奧利力式質(zhì)量流量計(jì)是利用流體在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中作直線運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力的原理制造的直接式質(zhì)量流量計(jì)。這種流量計(jì)的開(kāi)發(fā)始于 1950 年代,并于 1970 年代中期由高準(zhǔn)公司**推向市場(chǎng)。 1980年代中后期,各國(guó)儀器廠相繼發(fā)展。迄今為止,全世界有40多米。廠家推出了各種結(jié)構(gòu)的科里奧利質(zhì)量流量計(jì),目前我國(guó)有近10家公司在生產(chǎn)。蘭州石化公司使用了1000多臺(tái)質(zhì)量流量計(jì),大部分都處于良好狀態(tài),但也有少數(shù)出現(xiàn)問(wèn)題。
科里奧利力質(zhì)量流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)
科里奧利力式質(zhì)量流量計(jì)直接測(cè)量質(zhì)量流量,測(cè)量精度高。它可以測(cè)量多種流體,如各種高粘度液體、含有固體的漿液、含有微量氣體的液體以及足夠密度的中高壓氣體。科里奧利力式質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量管的振動(dòng)幅度很小,可以看作是一個(gè)不動(dòng)的部件。測(cè)量管路中無(wú)阻塞部件和運(yùn)動(dòng)部件,對(duì)管路的壓力損失小,使用壽命長(zhǎng)。它對(duì)流速分布不敏感,因此對(duì)上下游直管段基本沒(méi)有要求。測(cè)量值對(duì)流體粘度不敏感,流體密度和溫度變化對(duì)測(cè)量值影響不大。它可以做多參數(shù)測(cè)量,例如同時(shí)測(cè)量密度和溫度,也可以分析混合介質(zhì)中不同介質(zhì)的濃度。
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)不能用于測(cè)量低壓氣體,液體中的氣體含量超過(guò)一定限度(因型號(hào)而異)會(huì)顯著影響測(cè)量結(jié)果。科里奧利質(zhì)量流量計(jì)對(duì)外部振動(dòng)干擾更敏感。為了防止管道振動(dòng)的影響,科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的流量傳感器對(duì)安裝和固定的要求很高。某些類(lèi)型的質(zhì)量流量計(jì)對(duì)安裝有特殊要求。它不能用于較大的管徑,目前限制在 150mm/200mm 以下。測(cè)量管內(nèi)壁的磨損和腐蝕或沉積、結(jié)垢都會(huì)影響測(cè)量精度,尤其是對(duì)薄壁測(cè)量管的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)。
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)零點(diǎn)不確定度的原因及分析
科里奧利力質(zhì)量流量計(jì)的技術(shù)指標(biāo)有很多,包括流量精度、密度、溫度精度等大家都比較熟悉。對(duì)流量計(jì)性能的不完全了解,對(duì)選擇和使用影響很大。在這些參數(shù)中,*容易被忽視的是質(zhì)量流量計(jì)的零點(diǎn)不穩(wěn)定性指標(biāo)。科里奧利力質(zhì)量流量計(jì)是一種振動(dòng)式流量計(jì)。當(dāng)有介質(zhì)在振動(dòng)管中流動(dòng)時(shí),由于科里奧利力作用在測(cè)量管上各點(diǎn)所引起的位移是不同的,因此測(cè)量管上的位移是不同的。形成一個(gè)額外的扭曲。通過(guò)測(cè)量這個(gè)扭轉(zhuǎn)過(guò)程不同點(diǎn)的相位差,可以得到流過(guò)測(cè)量管的流體的質(zhì)量流量。
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的零點(diǎn)不穩(wěn)定誤差主要來(lái)自流量傳感器部分。有兩個(gè)原因:機(jī)械振動(dòng)的不對(duì)稱和衰減,以及流體密度和粘度的變化。影響前者的因素有:①管端的固定應(yīng)力; ②振動(dòng)管剛度的變化; ③雙管諧振頻率不一致; ④管壁材料的內(nèi)部衰減。影響后者的主要因素是結(jié)構(gòu)不平衡,所以即使在空管時(shí)將雙管的諧振頻率調(diào)整為相同,但在管內(nèi)充滿液體時(shí)仍可能發(fā)生零漂,即零點(diǎn)不穩(wěn)定誤差。頻率相關(guān),流動(dòng)過(guò)程中也可能產(chǎn)生零點(diǎn)不確定性誤差。
傳感器制成后,如果安裝完好,其零不穩(wěn)定性是在一定條件下的一定范圍值(誤差帶)。每個(gè)廠家在技術(shù)指標(biāo)上基本都有零點(diǎn)不確定性的描述。表1是各廠家收集的DN50口徑流量計(jì)的不確定度數(shù)據(jù)。
從這些廠家的技術(shù)指標(biāo)可以看出,各個(gè)流量計(jì)廠家的流量計(jì)零不確定度基本反映了廠家的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量水平。
質(zhì)量流量計(jì)檢定程序和各廠家以“跨度誤差加零不穩(wěn)定性”的形式表示科里奧利力質(zhì)量流量計(jì)的基本誤差。一般科里奧利質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量的*大允許**誤差Eg為
例如=±Ex+Q+Q0(1)
式中,Eg-**誤差
精確度;
Q0-零不穩(wěn)定
Q 流。
流量測(cè)量的相對(duì)誤差E為:
E=[(±Ex×Q+Q0)x****]/Q (2)
這種表達(dá)方式乍一看很準(zhǔn)確,但是t的零點(diǎn)不穩(wěn)定度之后,準(zhǔn)確度不是很高。事實(shí)上,當(dāng)流量較低或接近下限流量時(shí),誤差是比較大的,基本誤差往往超過(guò)范圍誤差一倍以上。
例:一臺(tái)D150科里奧利力質(zhì)量流量計(jì),流量計(jì)為0.2級(jí)質(zhì)量流量計(jì),測(cè)量范圍同0-38.1t/h,流量計(jì)零點(diǎn)不穩(wěn)定性為9kg/h,工作時(shí)為瞬時(shí)3t/h和18t/h流量,其測(cè)量的*大允許**誤差和相對(duì)誤差計(jì)算如下:
例如(3)=±0.002×3000+9=±15kg/h (3)
例如(18)=±0.002x18000+9=±45kg/h (4)
E(3)=±15/3000×100=±0.50% (5)
E(18)=±45/18000x100=±0.25% (6)
由以上計(jì)算可知,科里奧利力式質(zhì)量流量計(jì)在中低流量值運(yùn)行時(shí),其允許誤差遠(yuǎn)高于其精度等級(jí)計(jì)算的允許誤差,零點(diǎn)不確定度即為誤差。主要來(lái)源。科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量允許誤差為
如圖 1 所示。
從圖1可以看出,當(dāng)流量在20%以上時(shí),效果不顯著;當(dāng)流量小于10%時(shí),零點(diǎn)不穩(wěn)定的影響逐漸突出;當(dāng)流量接近零時(shí),相對(duì)誤差接近無(wú)窮大。因此,在選擇流量計(jì)時(shí)應(yīng)充分注意這一點(diǎn),否則將得不到滿意的測(cè)量結(jié)果。
零不穩(wěn)定性主要來(lái)自傳感器。傳感器在設(shè)計(jì)優(yōu)化、材料選擇、制造過(guò)程和調(diào)試過(guò)程中已經(jīng)確定了這個(gè)值的值。據(jù)說(shuō)零點(diǎn)不穩(wěn)定是不可避免的,誤差是**的,準(zhǔn)確度是相對(duì)的。零不穩(wěn)定性是反映流量計(jì)質(zhì)量的重要參數(shù)。可靠且良好的安裝使傳感器具有良好的邊界工況,能較好地解決同軸對(duì)準(zhǔn)、溫度、壓力、振動(dòng)等環(huán)境因素引起的管道應(yīng)力造成的零偏問(wèn)題。良好的安裝是保證應(yīng)有精度的重要條件之一,它可以保證流量計(jì)的零點(diǎn)不確定度誤差在一定范圍內(nèi)。安裝不好會(huì)放大零點(diǎn)不穩(wěn)定性的影響,不能得到相對(duì)穩(wěn)定的零點(diǎn)。
原則上,質(zhì)量流量計(jì)的零位校準(zhǔn)不能改變產(chǎn)品的零位不穩(wěn)定性。調(diào)零實(shí)際上是對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的綜合零點(diǎn)不確定性誤差進(jìn)行平均,但不能消除不規(guī)則信號(hào)。震級(jí)。
由于零點(diǎn)不穩(wěn)定性的存在,為保證質(zhì)量流量計(jì)累計(jì)量的準(zhǔn)確性,在流量狀態(tài)的設(shè)置中無(wú)一例外地增加了小流量截?cái)喙δ埽撮撝盗髁柯室讯āF渥饔檬钱?dāng)流量小于設(shè)定的閾值流量時(shí),不進(jìn)行流量顯示和累計(jì)。這是質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)對(duì)零不穩(wěn)定性的策略之一。閾值流速一般在0.1%~1%之間,也可根據(jù)不同介質(zhì)或環(huán)境需要進(jìn)行設(shè)置。
結(jié)論
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是一種非常好的流量測(cè)量?jī)x器,零點(diǎn)不確定度是一個(gè)非常重要的技術(shù)指標(biāo),真正體現(xiàn)了科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的技術(shù)水平,因此在選型時(shí)需要對(duì)這個(gè)參數(shù)給予足夠的重視和使用,并對(duì)各類(lèi)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。同時(shí),在安裝使用過(guò)程中,要盡量滿足廠家的安裝技術(shù)要求。只有充分考慮到這些要求,流量計(jì)才能具有良好的測(cè)量性能。
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