天津石化公司計量處  范立勇  張健新

　　科氏力質(zhì)量流量計由于有著(zhù)能直接測量質(zhì)量流量的優(yōu)點(diǎn)，在我國從90年代初進(jìn)入工業(yè)測量領(lǐng)域以來(lái)，應用越來(lái)越廣泛。早期的質(zhì)量流量計生產(chǎn)廠(chǎng)家都宣稱(chēng)其產(chǎn)品不受被測介質(zhì)的密度、溫度、粘度等變化的影響。隨著(zhù)近幾年的大量應用，發(fā)現測量介質(zhì)的物理參量的變化對其測量準確度是有影響的。本文主要討論被測介質(zhì)壓力的變化對流量計測量準確度的影響。    

　　一、科氏力質(zhì)量流量計的工作原理

　　科氏力質(zhì)量流量計是運用流體質(zhì)量流量對振動(dòng)管振蕩的調制作用即科里奧利現象為原理，以質(zhì)量流量測量為目的的質(zhì)量流量計。一般由傳感器和變送器組成。
    

    圖1

    圖2

　　如圖1所示。當質(zhì)量為δm的流體質(zhì)點(diǎn)，以速度V沿管道AB運動(dòng)，同時(shí)，管道AB又以A點(diǎn)為圓心以角速度Ω轉動(dòng)，當該質(zhì)點(diǎn)做上述復合運動(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а_r，方向指向A點(diǎn)；科氏加速度а_k，方向向上，量值為2·Ω·а。為使流體質(zhì)點(diǎn)具有科氏加速度，需要在а_k方向施加一個(gè)大小等于2·Ω·V·δm的力，這個(gè)力來(lái)自管道，而流體質(zhì)點(diǎn)反作用于管道上的力就是科氏力F_C，方向如圖1所示。
    F_C=2·Ω·V·δm                    (1)
    如圖2所示，若流體密度為ρ，以速度V沿管道AB流動(dòng)，設管道橫截面積為S，則任一段長(cháng)度為ΔX管道上的科氏力ΔF_C為:
    ΔF_C=-Δm·а_k            (2)
    式中Δm為長(cháng)度ΔX管道中的流體質(zhì)量。
    Δm=ρ·S·ΔX
    ΔF_C=-2·ρ·S·ΔX·Ω·V           (3)
    由于上述管道中的流體，其Ω與V的夾角為90°，質(zhì)量流量q_m=ρSV，
　　有:q_m=ΔF_C/(2·Ω·ΔX)(4)
　　從式(4)中可以看出，測量在旋轉管道中流體的科氏力就可以直接測得質(zhì)量流量。在實(shí)際應用中使測量管道做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，用振動(dòng)的方式代替旋轉的方式，利用電磁或光電的檢測器檢測科氏力對振動(dòng)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)量流量計分為直管型和彎管型兩大類(lèi)。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(huì )使耐磨性和抗腐蝕性變差。彎管型的振動(dòng)系統剛度較低，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，但由于形狀復雜，容易積存殘渣和氣體，引起誤差，結構尺寸也較大。
　　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 )引起測量管幾何尺寸的改變并對測量系統的振蕩特性產(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)驗的方法分析工作壓力的變化對流量計測量準確度的影響。    

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　　二、工作壓力對流量計測量準確度的影響

　　利用可調節工作壓力的靜態(tài)稱(chēng)量法水流量標準裝置在不同壓力下對同一臺流量計進(jìn)行測試，從而得到壓力對流量計準確度的影響值。實(shí)驗選用國內應用較廣的一型彎管型和一型直管型流量計作為被測對象，所用的標準裝置是通過(guò)標定的系統，實(shí)驗步驟依照JJG897-1995《質(zhì)量流量計檢定規程》進(jìn)行，并參考了ISO10790的有關(guān)要求。

　　1.實(shí)驗方法
　　按照正常的檢定操作安裝好流量計，設定好檢定壓力，在進(jìn)行完系統預熱，調整流量計的零點(diǎn)后，進(jìn)行檢定操作，完成一次檢定過(guò)程后，重新設定檢定壓力，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)驗壓力點(diǎn)的測試。在全部實(shí)驗過(guò)程中，不對流量計的設置做改動(dòng)。
　　2.彎管型實(shí)驗數據
　　表1為對一臺DN80口徑的典型彎管型流量計在不同檢定壓力下的測試數據，依照流量值對表1數據進(jìn)行分析，分別計算在各流量點(diǎn)下流量計的誤差變化得到表2～表5。
    

　　3.直管型實(shí)驗數據
　　表6為對一臺DN80口徑的典型直管型流量計在不同檢定壓力下的測試數據，同樣依照流量值對表6的數據進(jìn)行分析，分別計算在各流量點(diǎn)下的流量計的誤差變化得到表7～表9。
　　從表2～表5中可以發(fā)現流量計的實(shí)際工作壓力每升高0.1MPa流量計會(huì )產(chǎn)會(huì )-0.12%～-0.17%的附加誤差。也就是說(shuō)，當工作壓力高于檢定壓力時(shí)，每高出0.1MPa流量計會(huì )產(chǎn)生約為-0.15%的附加誤差。而當工作壓力低于檢定壓力時(shí)，每降低0.1MPa流量計會(huì )產(chǎn)生約為+0.15%的附加誤差。此數值同該儀表的制造商。公布的數據(-0.13%/0.1MPa)基本一致。
    

　　從表7～表9可以發(fā)現，流量計實(shí)際工作壓力的變化會(huì )產(chǎn)生較大的誤差，其變化值遠遠高于流量計的標稱(chēng)準確度，并且這種變化沒(méi)有規律。工作壓力每變化0.1MPa流量計會(huì )產(chǎn)生-2.55%～+1.18%的附加誤差。這在實(shí)際應用中是不能接受的。    

　　三、解決壓力影響的方法

　　應該指出的是，我們此次實(shí)驗選用的流量計，是受壓力影響較大的型號，對其它型號的，特別是DN50口徑以下的流量計受壓力影響較小。為了避免實(shí)際應用中壓力變化對流量計測量準確度的影響，可以采取以下方法:
　　1.在選擇時(shí)盡量選用受壓力變化影響小的質(zhì)量流量計；
　　2.對流量計進(jìn)行在線(xiàn)檢定；在不具備在線(xiàn)檢定條件時(shí)，也應使流量計在工作壓力下進(jìn)行離線(xiàn)檢定；
　　3.對一些受壓力影響所產(chǎn)生附加誤差的變化較穩定的流量計，可采用安裝壓力變送器的方法進(jìn)行實(shí)時(shí)的壓力補償計算。