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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(dòng)化儀表有限公司作者:發(fā)表時(shí)間:2018-04-12 10:20:52

 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(duì)振動(dòng)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(cè)量為目的的質(zhì)量流量計(jì)。一般由傳感器和變送器組成。
流量計(jì)的組成圖
 
 
  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(dòng),同時(shí),管道AB又以A點(diǎn)為圓心以角速度Ω轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)該質(zhì)點(diǎn)做上述復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí),在任意一點(diǎn)M處,質(zhì)點(diǎn)具有兩個(gè)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(gè)大小等于2ΩVδm的力,這個(gè)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(dòng),設(shè)管道橫截面積為S,則任一段長(zhǎng)度為△X管道上的科氏力△Fc為:
Fc= -△mak                   (2)
式中△m為長(zhǎng)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(cè)量在旋轉(zhuǎn)管道中流體的科氏力就可以直接測(cè)得質(zhì)量流量。在實(shí)際應(yīng)用中使測(cè)量管道做簡(jiǎn)諧振動(dòng),用振動(dòng)的方式代替旋轉(zhuǎn)的方式,利用電磁或光電的檢測(cè)器檢測(cè)科氏力對(duì)振動(dòng)的影響從而測(cè)得管道中的質(zhì)量流量。
按照傳感器測(cè)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(dòng)系統(tǒng)剛度大,諧振頻率高,相位差小,電信號(hào)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(huì)使耐磨性和抗腐蝕性變差。彎管型的振動(dòng)系統(tǒng)剛度較低,電信號(hào)容易處理,可選用較厚的測(cè)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(cè)量管的幾何形狀和測(cè)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(huì)引起測(cè)量管幾何尺寸的改變并對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的振蕩特性產(chǎn)生影響,從而引起測(cè)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(duì)流量計(jì)測(cè)量精度的影響。
 
二、 工作壓力對(duì)流量計(jì)測(cè)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(duì)同一臺(tái)流量計(jì)進(jìn)行測(cè)試,從而得到壓力對(duì)流量計(jì)精度的影響值。實(shí)驗(yàn)選用國(guó)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(cè)對(duì)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(cè)試。在全部實(shí)驗(yàn)過程中,不對(duì)流量計(jì)的設(shè)置做改動(dòng)。
2.彎管型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 
表1為對(duì)一臺(tái)DS300流量計(jì)在不同檢定壓力下的測(cè)試數(shù)據(jù) 
依照流量值對(duì)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(cè)試數(shù)據(jù)表
表1 DS300型流量計(jì)在不同檢定壓力下的測(cè)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
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(tái)63FS80流量計(jì)在不同檢定壓力下的測(cè)試數(shù)據(jù)
同樣依照流量值對(duì)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(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0.1Mpa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0.1Mpa流量計(jì)會(huì)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(cè)試數(shù)據(jù)表
表6 63FS80型流量計(jì)在不同檢定壓力下的測(cè)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
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(huì)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(huì)產(chǎn)生-2.55~+1.18%的附加誤差。因此這種型號(hào)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(hào)的流量計(jì),對(duì)其它型號(hào)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(duì)流量計(jì)測(cè)量精度的影響,可以采取以下方法:
1.在選型時(shí)盡量選用受壓力變化影響小的質(zhì)量流量計(jì);
2.對(duì)流量計(jì)進(jìn)行在線檢定;在不具備在線檢定條件時(shí),也應(yīng)使流量計(jì)在工作壓力下進(jìn)行離線檢定;
3.對(duì)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(shí)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?jī)x表,是運(yùn)用流體質(zhì)量流量對(duì)振動(dòng)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(cè)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(cè)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(shí)會(huì)顯著地影響測(cè)量值到目前為止還沒有 用CMF成功地測(cè)量氣液二相流的實(shí)際例子。
 
  2)對(duì)外界振動(dòng)千擾較敏感為防止管道振動(dòng)的影響大多 數(shù)CMF的流量傳感器對(duì)安裝固定有較高要求。
 
  3)不能用于大管徑流量測(cè)量目前還局限于DN 150 - DN200mm以下。
 
  4)測(cè)量管內(nèi)壁磨損腐蝕或沉積結(jié)垢會(huì)影響測(cè)量精度尤其 對(duì)薄壁測(cè)量管的CMF更為顯著。
 
  5)大部分型號(hào)的CMF有較大的體積和重量壓力損失也 較大。
 
  6)價(jià)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(shí)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(duì)有些問題的認(rèn)識(shí)還不夠。
科氏力質(zhì)量流量計(jì)準(zhǔn)確度問題解決辦法
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(gè)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(gè)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(dòng)的非對(duì)稱性和襄減可能 是導(dǎo)致儀表零漂的兩個(gè)根本原因 在CMF的應(yīng)用實(shí)踐中邊界條件的非對(duì)稱性是客觀存在的如檢測(cè)管兩端的固定方式振動(dòng)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(gè)測(cè)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(duì)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(huì)變得不能容忍 由于零漂是一個(gè)固定值在流量下限零漂的影響就會(huì)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(gè)很小的水平相比之下國(guó)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(dòng)化儀表股份有限公司的流量計(jì)使用部門的重視。