质量流量计的测量原理和应用

质量流量计的应用优势

(一) 质量流量计的应用优势

1)高精度流量测量：目前世界各处所应用的cmf其精度（或称不确定度）都优于±0.2%（o、r）、±0.015%（o、f、s），重复性优于±0.1%（o、r）、±0.01%（o、f、s）。

2)同时测量多种参数：cmf不仅可以测量出流体的瞬时质量流量和累积的总质量，同时还可以指示出流体的密度、温度,并由此派生出测量溶液中溶质所含的浓度。

①密度测量

②温度测量

3)应用范围广泛：

包括高粘度的各种液体、含有固形物的浆液、含有微量气体的液体、有足够密度的中高压气体。cmf还能测量出双组份流中每种已知组份各自的质量流量，这是其它流量仪表难以实现的。

质量流量计的应用优势

例如油—水双组份流体，只要知道水和油的密度—温度函数关系，就不难从测出的混合质量流量混合密度中计算出各自的质量流量来。

质量流量计的应用优势

4)cmf检测器没有可动部件和密封件，从而结构简单、可靠性高、维护简便。

5)由于流场分布对cmf正常测量没有影响，所以对仪表上下游没有直管段的长度要求。

6)可以用于双向流的测量，能指出流向和质量流量等物理参数。

各种参数对流量计的影响

（二）各种参数对流量计的影响

1、温度影响

当被测流体温度增加时，cmf的振动管系统的刚性减小，这是由于测量管材料的固有弹性常数(包括弹性模量e和泊松比µ)产生变化的缘故。从下式可以看出：

qm=ks/8r2 ×∆t

弹性刚性ks减小，则流量qm减小。此外，温度还会影响管子的几何尺寸和振动系统的结构尺寸，这也将对流量产生影响。目前在所有cmf中都加了温度补偿系统，对温度变化作了有效的补偿，但还存在补偿过度或不足的问题，残留较小的温度影响。

2、压力影响

最初一般认为流体压力变化不会影响cmf的性能，事实上经试验研究表明，在中等和高压(p≥1.5mpa)下，流体压力对cmf精确度的影响是不可忽略的。流体压力的作用使测量管变硬，流体压力和测量管的刚度成正比，由于刚度增加，从式上中可看出，在同样的变形条件下，流量将增大，这同温度的影响作用正好相反。

此外，压力的变化也会引起管子尺寸的变化，从而影响流量计的灵敏度。在意大利furiocascetta的一份研究报告里，提供了用一台某种型号的dn80的cmf的试验情况，在标准条

件下(t=2 0℃，p=0.2mpa)标定过，其范围为15～30t／h。然后，分别在2mpa、2.4mpa和2.8mpa 压力下试验，其结果是最小误差大约为1.57％(在p=2mpa时)，而最大误差为4.56％(在

p=2.8mpa时)。

这样的试验仅仅是个别的试验。应该说，各种不同型号的cmf，由于管子形状结构不同，尺寸不同，压力影响的情况也是不一样的，但在中压和高压应用的条件下，压力补偿问题对cmf 来说也是必不可少的。已有厂家在产品设计上采取措施，大大减少压力变化的影响。这方面的工作，有待进一步研究。

3、黏度影响

黏度对cmf的影响极微小，通常应用中不需要补偿。但当流体黏度过高时，可能会消耗激励驱动系统较多的能量，特别是在流动开始时。这种现象可能引起测量管瞬间阻塞，直到流量达到适当的程度为止。这种情况同仪表的设计有关。这种情况下，通常会在变送器内引起一个瞬间的报警状态。有的产品带有辅助电源箱，当黏度较高时，接入激励系统，以补充其能量的不足。

4、流动状况的影响

由上游和下游管子的构造状况所引起的旋涡和非均匀的畸变流速分布，cmf的性能通常是不受其影响的，因而一般不要求专门的直管段。尽管如此，一个好的管路系统均应遵守最优的原则。

cmf一般也能在脉动流的条件下应用。但在某些情况下，例如流体脉冲频率同管子振动频率相近时，将会影响cmf的性能，这就要求遵守制造厂家对于应用条件的推荐，避开谐振频率这样的脉动状况，也可采用脉动减振器。

5、振动影响

由于cmf是基于振动原理而工作的，如何防止外来振动(来自泵、管路系统，及其他机械振动、流动介质的水力学噪声等)对仪表性能的影响，是一个十分重要的问题。主要有四个方面的措施来解决。

①在产品设计上加以考虑。所有设计者都在自己的产品中采取了不同程度的抑制振动对测量管干扰的措施。例如对测量管做桥架，对测量管其到固定和支撑作用。

②制造厂家应向用户说明自己产品工作振动频率的范围，以便用户在应用中加以注意。一般弯管式频率为80～100hz，而直管式为700～1100 hz。各厂家产品有所不同。

③安装时仪表的进口和出口应有夹持和支撑，轴向管接头应与cmf接头尺寸相等，防止安装期间有过分的应力施加在cmf上。

④在安装环境较差时，考虑采用振动隔离——用柔性管连接(注意柔性管不能直接连接在传感器上)。

6、零点稳定性

很多制造厂家给出的cmf精确度指标中，在百分比误差之后有“±零点稳定性”一项，这也可以说是对于零点不稳定的一项控制指标。形成cmf零点不稳定的因素大体有如下几点。

①两根测量管不可避免的不对称性，从而在实际使用条件下由于温度压力等影响而造成零流量下的输出偏差。

②流体中含有物质的非均匀性，甚至有某些沉淀产生，造成不对称。

③仪表出厂时，动平稳补偿达不到理想要求。

④由于测量管的环绕产生的应力，在安装过程中产生应力，以及在安装过程中不注意产生的应力附加在测量管上。

减少零点漂移的途径，首先应在结构设计、制造工艺上加以考虑，保证两支管的对称性。为了更好地应用，仪表安装后应在现场使用的条件下重新调零。

还需要注意，cmf不应安装在靠近有较强电磁场的设备。

7、液体中夹杂气体的影响

在一项关于“科氏力质量流量计的比较试验”报告中显示，用7家公司的25mm口径cmf仪表各一台进行试验。在水中注入1％空气时，其误差为1％～15％，而在注入10％空气时，不同表的误差高达15%～80％。可见，cmf对液一气两相的应用也受到限制。

8、喷泄和空化影响

当管道内压力等于或低于流体汽化压力时发生喷泄现象，这常常是由于流体流速增加而引起的局部压力降所致。如果喷泄压力恢复并且汽化的旋涡破裂(内破裂)将发生空化现象。空化将引起测量误差，甚至损坏传感器。这就需要在cmf本身结构设计上以及接管、阀门等的选择和安装上避免流速和压力降的突然变化(如控制阀同cmf串联时，阀门应放在仪表下游等)。

9、冲蚀和腐蚀影响

由于固体颗粒或者空化现象在流动状态下的作用，流体在测量管内部会产生冲蚀。冲蚀影响的大小同仪表尺寸和几何形状、颗粒大小、耐磨性和流速等因素有关。对于每一种应用情况，都应有针对性地加以估计。

对于同介质接触的材料的腐蚀，包括电化学腐蚀，会缩短传感器的工作寿命。注意，必须选择适当的结构材料，同时用户要合理选型，保证同被测流体，包括清洗流体都必须是相溶的。

10、压力损失

不同类型的cmf的压力损失有所差别。一般厂家在其产品说明书中给出的压力损失数值均是以水作介质时的情况。

对于相对密度不等于1.0(而黏度相近)的过程流体，其压力损失大体为从曲线上查得的压力损失数值再除以该介质的相对密度；对于黏度同水差别较大的液体，其修正值要根据各厂家给出的方法估算。

对于高黏度流体的压力损失，各厂家均有自己的实际曲线(或数据软件)，用户询问时会给出相应的答复，有的在说明书上也可以查到。

在同样流量条件下，流体黏度增加，流体的压力损失就会增加，黏度对压力损失影响是非常明显的。

质量流量计选型

（二）质量流量计选型