影响质量流量计准确度的因素及解决办法_李彦林
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使用与维修
影响质量流量计准确度的因素及解决办法
李彦林 梁新连
( 玉门油田分公司炼化总厂计量中心, 甘肃玉门 735200 )
摘 要 本文讨论了影响质量流量计准确度的因素 , 主要介绍了被测介质的工艺温度、 工艺 压力、 介 质密度对 质量流量计 测量准确度 校正压力
质量流量计准确度的影响 , 同时提出了相应的解 决方法。 关键词
计量技术 2004 N o 8
从图 2 中, 我们可以看出压力对测量准确度的 影响 : 当工艺压力增大, 会使流量计产生一个负向偏 差, 表现为流量显示值比 实际值偏小 ; 当压力减小 时, 会使流量计产生一个正向偏差 , 表现为流量显示 值比实际值偏大。 另一个方面 , 当工艺压力等于或低于该温度下 液体的饱和蒸汽压时 , 就会发生气蚀现象, 造成传感 管内壁金属表面因疲劳而损坏 , 从而影响质量流量 计的准确度和寿命。 ( 3) 介质密度对质量流量计准确度的影响 一般认为科氏力质量流量计是不受介质工艺密
度影响的 , 但大量精确的实验资料和理论分析表明, 并非如此。对于科氏力流量计, 当检定和计量的是 不同密度的介质时, 密度的影响是存在的。当用液 体检定的质量流量计用于测量气体时 , 所引起的误 差是相当大的, 经验证明, 当密度从 500kg/ m 3 变到 1000kg / m 3 时 , 对准确度的影响达到 0 06% 。 四、 减小和消除对质量流量计准确度的影响 质量流量计, 主要用于计量交接, 所以质量流量 计使用过程中 , 减小和消除各种因素的影响 , 就成为 保证质量流量计的准确度的关键。 ( 1) 温度效应的克服和消除方法 对传感管刚度的影响可以通过设定温度校正系 数的方法解决。一般质量流量计在出厂时, 都给了 温度校正系数, 有些是在配套的表中设好的。如一 台型号为 CMF 100 流量计 , 厂家给出的校正系数是 47 806/ 4 75, 后三位 4 75 就是给定的温度校正系 数, 使用时按操作手册设定, 即可消除工艺温度对传 感管刚度影响产生的偏差。
一、前言 质量流量计自问世以来 , 因其准确度和稳定性 高, 量程比大 , 输出方式多样 , 易于通讯, 而在 动态 计量领域得到了广泛的普及和应用。玉门油田分公 司炼化总厂 , 在许多 装置中使 用了 ROSEMOUNT 公司生产的质量流量计进行计量。 二、质量流量计的工作原理 科氏力质量流量计是利用科里奥利效应 , 即当 质点在一个转动参考系内做相对运动时, 会产生一 个不同于通常离心力的惯性力作用在此点上。如图 1, 当质量为 m 的流 体质点, 以速度 v 沿 管道 AB 运动, 此时管道在以角速度 旋转的系统中 , 设旋 转轴为 X , 与管道的交点为 O , 由于管内流体质点 在轴向以速度 v 、 在径向以角速度 运动, 此时流 体质点受到一个切向科氏力 F c 。这个力作用在测 量管壁上 , 在 O 点两边方向相反, 大小相同, 为: Fc = 2 v m ( 1)
图2
工艺温度对于零点稳定度的影响 , 在实际应用 中, 只能通过在操作温度下, 对质量流量计进行现场 调零 , 使影响减到最小。 ( 2) 压力效应的克服和消除 工艺压力对准确度的影响, 各种科氏力质量流 量计是不同的 , 在实际应用中是通过流量系数修正 的方法来消除的。这里要解决好校正系数的计算问 题。流量系数的计算是基于下面公式 : 新的流量系数 = 给定流量系数 [ 1+ K p ( p 操作 - p 校正) 0 0014285] ( 6) 式中 : K p 是压力对流量的校正系数 ( 查表 2 ) ; p 操作 是测量时压力 , 单位是 kPa , p 校正 是校正 压力
从表 1 可以看出 , 当流量较大时, 工艺温度变化 对流量测量准确度的影响不是很大。就 CMF200型 来说, 在额 定 流量 时 , 每 变 化 1 度 才 影响 准 确度 0 0001% 。但流量较小时, 工艺温度对准确度的 影响就不可忽视了。 ( 2) 工艺压力对质量流量计准确度的影响 从公式 ( 5) 我们知道, 当 r 即左右传感管的半 径发生变化, 也会影响到质量流量计的测量准确度。 在实际应用中, 我们知道传感管是一个弹性元件, 一 般管壁较薄 , 当压力增大时, r 值也会随着增大 , 从 而影响准确度。见图 2。
2
( 5)
图1
t 为左右传感管的时间差 ; r 为左右传感管的半径。 当 K、 r 为常数时 , Q m 仅与时间差 t 成正比。
若流体密度为 , 管 道横截面积 为 S , 则 任意长为 l 的管道上的科氏力为: Fc = 式中 : m 为长度 m at ( 2) l 的管道中的流体质量。 m = S l
传感器 CM F 100 CM F 200 CM F 300 DL100 DL200 修正系数 0 0002 0 0008 0 0006 0 005 0 009 传感器 D300 D600 F100 F200 修正系数 0 009 0 005 0 001 0 0005
对于气蚀现象造成的影响, 通常采用在流量计 的下游, 保持一定背压的方法解决。最小背压根据 下式计算 : p b = 2 p + 1 25 p C 式中 : p b 是流量计最小背压, 单位 Pa ; p b 最大流量时流量计的压降 , 单位 P a; p C 是油品的饱和蒸汽压, 单位 Pa 。 ( 3) 密度效应的克服和消除 密度校准系数 , 一般在仪表出厂时也是给定的。 在实际应用前 , 应清楚检定介质和所要测量介质的 密度是否相近 , 如果介质密度相近 , 其对准确度的影 响是可忽略的。否则, 误差是相当大的。此外在实 际应用中 , 流量计有密度输出值 , 应注意检查, 若密 度值严重偏离实际值, 必须进行校正。 五、结束语 由于我国现使用的质量流量计大多都是进口的, 价格不低 , 而且质量流量计主要用于贸易结算和计量 交接, 所以在选型、 使用上 , 应尽量减少人为错误 , 减 少流量计的误差, 使它们更好地发挥计量职能。 ( 7)
at 为图 1 中科氏加速度。 a t = 2 入式 ( 1) 得: Fc = S l
v 将 v
m、 at 代 ( 3)
由于管道中流体的角速度 与速度 v 成 90 度 , 且 质量流量 Q m = S v , 代入式 ( 3) 得 : Qm = Fc / 2 l ( 4) 从式 ( 4) 可以看出 , 测量旋转管道中流体所产生的科 氏力就可测到流体的质量。在实际应用中, 使测量 管道做简谐振动, 用振动的方式代替旋转, 利用电磁 或光电的检测器检测科氏力对振动的影响, 从而测 得管道中的流量。 三 、影响质量流量计准确度的因素 科氏力质量流量计的检测器无可动部件和密封 件, 理论上不受被测介质工艺温度、 工艺压力及工艺 密度等参数的影响 , 但我们在实际应用中发现, 其准 确度不但受被测介质的工艺条件的影响, 甚至量程 比, 外界环境的振动, 也会使测量结果出现偏差。 ( 1) 工艺温度对质量流量计准确度的影响 科氏力质量流量计的质量流量测量原理都是基 于下面公式: Qm = K 式中 : Q m 为质量流量 ; K 为传感管的扭转弹性模量 ; t / ( 8r )
参考文献 图3
[ 1] 王为农 , 王正强等 JJF 1064- 2000 坐标测量机校准规范 中国 计量出版社 , 2000 年 [ 2] 张国雄等 三坐标测量机 天津大学出版社 , 1999 年
t an( 45 +
) = ( L 2 / 2) / ( L 1 / 2)
( 1 + t an ) / ( 1 - t an ) = L 2 / L 1
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然而与金属弹性变化有关的杨氏弹性模量是温度的 函数。当温度发生变化时, 传感管的钢性也随之变 化, K 就不再是一个常数, 从而影响质 量流量计的 准确度; 当温度变化时, 还会引起传感器的几何结构
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的不均衡, 从而影响到 质量流量计的 零点稳定度。 在不同温度流量计准确度受到影响的情况。 表 1 为 ROSEM OUNT 公司各种型号质量流量计 , 表1 温度对准确度的影响
传感器 CM F025 、 CM F050、 CM F 100 CM F 200、 CM F300 D6 、 D25、 D40 、 DH 型 D65 、 D100 、 D150 、 D165 DL 100 、 DL 200、 D300、 D600、 DT 流量的温度效应 额定流量时 额定流量时 额定流量时 额定流量时 额定流量时 0 00025 % / C 0 0001% / C 0 001 % / C 0 001 % / C 0 0002% / C
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t an = ( L 2 - L 1 ) / ( L 1 + L 2 ) = arctan( L 2 - L 1 ) ( L 2 + L 1) t an( 45 ) = ( L 2 / 2) ( L 1 / 2) ( 1 - t an ) / ( 1 + t an ) = L 2 / L 1 t an = ( L 1 - L 2 ) / ( L 1 + L 2 ) = arct an ( L 1 - L 2 ) / ( L 1 + L 2 ) 但应注意 , 当用此种方法测量计算出的 值较 大时 , 仍须采用方铁或直角尺作为基准对两运动轴 部件进行垂直调整 , 然后再采用上述方法对两移动 轴之间的垂直度偏差进行修正。
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( 一般取 200kPa ) 。 例如炼化总厂, 液化气出厂计量的质量流量计 CM F200 型 , 出厂给定流 量系数是 620 12, 测量压 力为 1200kPa, 则需设定的实际流量系数为: 实际流量系数 = 620 12 [ 1 + 0 0008 ( 1200 - 200) 0 0014285] = 620 83 在流量计投用设定参数时 , 将此实际流量系数 设定, 即可消除工艺压力对准确度的影响。如表 2 是不同型号流量计压力对流量的修正系数。 表2
影响质量流量计准确度的因素及解决办法
李彦林 梁新连
( 玉门油田分公司炼化总厂计量中心, 甘肃玉门 735200 )
摘 要 本文讨论了影响质量流量计准确度的因素 , 主要介绍了被测介质的工艺温度、 工艺 压力、 介 质密度对 质量流量计 测量准确度 校正压力
质量流量计准确度的影响 , 同时提出了相应的解 决方法。 关键词
计量技术 2004 N o 8
从图 2 中, 我们可以看出压力对测量准确度的 影响 : 当工艺压力增大, 会使流量计产生一个负向偏 差, 表现为流量显示值比 实际值偏小 ; 当压力减小 时, 会使流量计产生一个正向偏差 , 表现为流量显示 值比实际值偏大。 另一个方面 , 当工艺压力等于或低于该温度下 液体的饱和蒸汽压时 , 就会发生气蚀现象, 造成传感 管内壁金属表面因疲劳而损坏 , 从而影响质量流量 计的准确度和寿命。 ( 3) 介质密度对质量流量计准确度的影响 一般认为科氏力质量流量计是不受介质工艺密
度影响的 , 但大量精确的实验资料和理论分析表明, 并非如此。对于科氏力流量计, 当检定和计量的是 不同密度的介质时, 密度的影响是存在的。当用液 体检定的质量流量计用于测量气体时 , 所引起的误 差是相当大的, 经验证明, 当密度从 500kg/ m 3 变到 1000kg / m 3 时 , 对准确度的影响达到 0 06% 。 四、 减小和消除对质量流量计准确度的影响 质量流量计, 主要用于计量交接, 所以质量流量 计使用过程中 , 减小和消除各种因素的影响 , 就成为 保证质量流量计的准确度的关键。 ( 1) 温度效应的克服和消除方法 对传感管刚度的影响可以通过设定温度校正系 数的方法解决。一般质量流量计在出厂时, 都给了 温度校正系数, 有些是在配套的表中设好的。如一 台型号为 CMF 100 流量计 , 厂家给出的校正系数是 47 806/ 4 75, 后三位 4 75 就是给定的温度校正系 数, 使用时按操作手册设定, 即可消除工艺温度对传 感管刚度影响产生的偏差。
一、前言 质量流量计自问世以来 , 因其准确度和稳定性 高, 量程比大 , 输出方式多样 , 易于通讯, 而在 动态 计量领域得到了广泛的普及和应用。玉门油田分公 司炼化总厂 , 在许多 装置中使 用了 ROSEMOUNT 公司生产的质量流量计进行计量。 二、质量流量计的工作原理 科氏力质量流量计是利用科里奥利效应 , 即当 质点在一个转动参考系内做相对运动时, 会产生一 个不同于通常离心力的惯性力作用在此点上。如图 1, 当质量为 m 的流 体质点, 以速度 v 沿 管道 AB 运动, 此时管道在以角速度 旋转的系统中 , 设旋 转轴为 X , 与管道的交点为 O , 由于管内流体质点 在轴向以速度 v 、 在径向以角速度 运动, 此时流 体质点受到一个切向科氏力 F c 。这个力作用在测 量管壁上 , 在 O 点两边方向相反, 大小相同, 为: Fc = 2 v m ( 1)
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工艺温度对于零点稳定度的影响 , 在实际应用 中, 只能通过在操作温度下, 对质量流量计进行现场 调零 , 使影响减到最小。 ( 2) 压力效应的克服和消除 工艺压力对准确度的影响, 各种科氏力质量流 量计是不同的 , 在实际应用中是通过流量系数修正 的方法来消除的。这里要解决好校正系数的计算问 题。流量系数的计算是基于下面公式 : 新的流量系数 = 给定流量系数 [ 1+ K p ( p 操作 - p 校正) 0 0014285] ( 6) 式中 : K p 是压力对流量的校正系数 ( 查表 2 ) ; p 操作 是测量时压力 , 单位是 kPa , p 校正 是校正 压力
从表 1 可以看出 , 当流量较大时, 工艺温度变化 对流量测量准确度的影响不是很大。就 CMF200型 来说, 在额 定 流量 时 , 每 变 化 1 度 才 影响 准 确度 0 0001% 。但流量较小时, 工艺温度对准确度的 影响就不可忽视了。 ( 2) 工艺压力对质量流量计准确度的影响 从公式 ( 5) 我们知道, 当 r 即左右传感管的半 径发生变化, 也会影响到质量流量计的测量准确度。 在实际应用中, 我们知道传感管是一个弹性元件, 一 般管壁较薄 , 当压力增大时, r 值也会随着增大 , 从 而影响准确度。见图 2。
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图1
t 为左右传感管的时间差 ; r 为左右传感管的半径。 当 K、 r 为常数时 , Q m 仅与时间差 t 成正比。
若流体密度为 , 管 道横截面积 为 S , 则 任意长为 l 的管道上的科氏力为: Fc = 式中 : m 为长度 m at ( 2) l 的管道中的流体质量。 m = S l
传感器 CM F 100 CM F 200 CM F 300 DL100 DL200 修正系数 0 0002 0 0008 0 0006 0 005 0 009 传感器 D300 D600 F100 F200 修正系数 0 009 0 005 0 001 0 0005
对于气蚀现象造成的影响, 通常采用在流量计 的下游, 保持一定背压的方法解决。最小背压根据 下式计算 : p b = 2 p + 1 25 p C 式中 : p b 是流量计最小背压, 单位 Pa ; p b 最大流量时流量计的压降 , 单位 P a; p C 是油品的饱和蒸汽压, 单位 Pa 。 ( 3) 密度效应的克服和消除 密度校准系数 , 一般在仪表出厂时也是给定的。 在实际应用前 , 应清楚检定介质和所要测量介质的 密度是否相近 , 如果介质密度相近 , 其对准确度的影 响是可忽略的。否则, 误差是相当大的。此外在实 际应用中 , 流量计有密度输出值 , 应注意检查, 若密 度值严重偏离实际值, 必须进行校正。 五、结束语 由于我国现使用的质量流量计大多都是进口的, 价格不低 , 而且质量流量计主要用于贸易结算和计量 交接, 所以在选型、 使用上 , 应尽量减少人为错误 , 减 少流量计的误差, 使它们更好地发挥计量职能。 ( 7)
at 为图 1 中科氏加速度。 a t = 2 入式 ( 1) 得: Fc = S l
v 将 v
m、 at 代 ( 3)
由于管道中流体的角速度 与速度 v 成 90 度 , 且 质量流量 Q m = S v , 代入式 ( 3) 得 : Qm = Fc / 2 l ( 4) 从式 ( 4) 可以看出 , 测量旋转管道中流体所产生的科 氏力就可测到流体的质量。在实际应用中, 使测量 管道做简谐振动, 用振动的方式代替旋转, 利用电磁 或光电的检测器检测科氏力对振动的影响, 从而测 得管道中的流量。 三 、影响质量流量计准确度的因素 科氏力质量流量计的检测器无可动部件和密封 件, 理论上不受被测介质工艺温度、 工艺压力及工艺 密度等参数的影响 , 但我们在实际应用中发现, 其准 确度不但受被测介质的工艺条件的影响, 甚至量程 比, 外界环境的振动, 也会使测量结果出现偏差。 ( 1) 工艺温度对质量流量计准确度的影响 科氏力质量流量计的质量流量测量原理都是基 于下面公式: Qm = K 式中 : Q m 为质量流量 ; K 为传感管的扭转弹性模量 ; t / ( 8r )
参考文献 图3
[ 1] 王为农 , 王正强等 JJF 1064- 2000 坐标测量机校准规范 中国 计量出版社 , 2000 年 [ 2] 张国雄等 三坐标测量机 天津大学出版社 , 1999 年
t an( 45 +
) = ( L 2 / 2) / ( L 1 / 2)
( 1 + t an ) / ( 1 - t an ) = L 2 / L 1
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然而与金属弹性变化有关的杨氏弹性模量是温度的 函数。当温度发生变化时, 传感管的钢性也随之变 化, K 就不再是一个常数, 从而影响质 量流量计的 准确度; 当温度变化时, 还会引起传感器的几何结构
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的不均衡, 从而影响到 质量流量计的 零点稳定度。 在不同温度流量计准确度受到影响的情况。 表 1 为 ROSEM OUNT 公司各种型号质量流量计 , 表1 温度对准确度的影响
传感器 CM F025 、 CM F050、 CM F 100 CM F 200、 CM F300 D6 、 D25、 D40 、 DH 型 D65 、 D100 、 D150 、 D165 DL 100 、 DL 200、 D300、 D600、 DT 流量的温度效应 额定流量时 额定流量时 额定流量时 额定流量时 额定流量时 0 00025 % / C 0 0001% / C 0 001 % / C 0 001 % / C 0 0002% / C
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t an = ( L 2 - L 1 ) / ( L 1 + L 2 ) = arctan( L 2 - L 1 ) ( L 2 + L 1) t an( 45 ) = ( L 2 / 2) ( L 1 / 2) ( 1 - t an ) / ( 1 + t an ) = L 2 / L 1 t an = ( L 1 - L 2 ) / ( L 1 + L 2 ) = arct an ( L 1 - L 2 ) / ( L 1 + L 2 ) 但应注意 , 当用此种方法测量计算出的 值较 大时 , 仍须采用方铁或直角尺作为基准对两运动轴 部件进行垂直调整 , 然后再采用上述方法对两移动 轴之间的垂直度偏差进行修正。
56Байду номын сангаас
使用与维修
( 一般取 200kPa ) 。 例如炼化总厂, 液化气出厂计量的质量流量计 CM F200 型 , 出厂给定流 量系数是 620 12, 测量压 力为 1200kPa, 则需设定的实际流量系数为: 实际流量系数 = 620 12 [ 1 + 0 0008 ( 1200 - 200) 0 0014285] = 620 83 在流量计投用设定参数时 , 将此实际流量系数 设定, 即可消除工艺压力对准确度的影响。如表 2 是不同型号流量计压力对流量的修正系数。 表2