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工作壓力對(duì)科氏力質(zhì)量流量計(jì)的影響 流量計(jì)技術(shù)指標(biāo)

時(shí)間：2020-07-30    來源：儀多多儀器網(wǎng)    作者：儀多多商城     
摘 要：科氏力質(zhì)量流量計(jì)由于有著能直接測(cè)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(cè)量領(lǐng)域以來，應(yīng)用越來越廣泛。早期的質(zhì)量流量計(jì)生產(chǎn)廠家都宣稱其產(chǎn)品不受被測(cè)介質(zhì)的密度、溫度、壓力、粘度等變化的影響，隨著近幾年的大量應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)測(cè)量介質(zhì)的物理參量的變化對(duì)其測(cè)量精度是有影響的。本文主要討論被測(cè)介質(zhì)壓力的變化對(duì)流量計(jì)測(cè)量精度的影響。
關(guān)鍵詞：科氏力，質(zhì)量流量計(jì)，測(cè)量精度，測(cè)量介質(zhì)，工作壓力，誤差

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。

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，則任一段長度為△X管道上的科氏力△Fc為：

Fc= -△mak (2)

式中△m為長度△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)

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


流量
(t/h)
壓力
(Mpa)
相對(duì)誤差
(%)
壓力
(Mpa)
相對(duì)誤差
(%)
壓力
(Mpa)
相對(duì)誤差
(%)
壓力
(Mpa)
相對(duì)誤差
(%)
120
-
-
0.32
0.14
0.42
-0.01
-
-
100
-
-
0.36
-0.01
0.47
-0.20
-
-
90
0.17
0.24
-
-
-
-
-
-
50
0.17
0.09
0.36
-0.13
0.43
-0.22
0.55
-0.38
20
0.17
0.02
-
-
0.43
-0.29
0.55
-0.48
90
0.17
0.20
-
-
-
-
-
-
100
-
-
-
-
-
-
-
-


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2 當(dāng)流量為20t/h不同工作壓力狀態(tài)下的誤差情況表

壓力Mpa
壓力變化值Mpa
誤差%
誤差變化%
每變化0.1Mpa引起的誤差變化%
0.17
-
0.02
-
-
0.43
0.26
-0.29
-0.31
-0.12
0.55
0.12
-0.48
-0.19
-0.16

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
壓力Mpa
壓力變化值Mpa
誤差%
誤差變化%
每變化0.1Mpa引起的誤差變化%
0.17
-
0.09
-
-
0.36
0.19
-0.13
-0.22
-0.12
0.43
0.07
-0.22
-0.09
-0.13
0.55
0.12
-0.38
-0.16
-0.13

表4 當(dāng)流量為100t/h在不同壓力狀態(tài)下的誤差情況表
壓力Mpa
壓力變化值Mpa
誤差%
誤差變化%
每變化0.1Mpa引起的誤差變化%
0.32
-
0.14
-
-
0.42
0.1
-0.01
-0.15
-0.15

表5 當(dāng)流量為120t/h在不同壓力狀態(tài)下的誤差情況表
壓力Mpa
壓力變化值Mpa
誤差%
誤差變化%
每變化0.1Mpa引起的誤差變化%
0.36
-
-0.01
-
-
0.47
0.11
-0.2
-0.19
-0.17

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。

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

流量
(t/h)
壓力
(Mpa)
相對(duì)誤差
(%)
壓力
(Mpa)
相對(duì)誤差
(%)
壓力
(Mpa)
相對(duì)誤差
(%)
壓力
(Mpa)
相對(duì)誤差
(%)
20
0.14
+1.03
0.178
0.06
0.288
0.89
0.556
-0.2
50
0.14
+0.06
0.178
0.51
0.288
0.74
0.500
+0.31
82
0.145
-0.06
-
-
-
-
-
-
100
-
-
0.178
0.48
0.288
0.17
0.500
+0.95

表7 當(dāng)流量為20t/h在不同壓力狀態(tài)下的誤差情況表
壓力Mpa
壓力變化值Mpa
誤差%
誤差變化%
每變化0.1Mpa引起的誤差變化%
0.14
-
1.03
-
-
0.178
0.038
0.06
-0.97
-2.55
0.288
0.11
0.89
0.83
0.75
0.556
0.268
-0.2
-1.09
-0.41

表8 當(dāng)流量為50t/h在不同壓力狀態(tài)下的誤差情況表
壓力Mpa
壓力變化值Mpa
誤差%
誤差變化%
每變化0.1Mpa引起的誤差變化%
0.14
-
0.06
-
-
0.178
0.038
0.51
0.45
1.18
0.288
0.11
0.74
0.23
0.21
0.5
0.212
0.31
-0.43
-0.20

表9 當(dāng)流量為100t/h在不同壓力狀態(tài)下的誤差情況表
壓力Mpa
壓力變化值Mpa
誤差%
誤差變化%
每變化0.1Mpa引起的誤差變化%
0.178
-
0.48
-
-
0.288
0.11
0.17
-0.31
-0.28
0.5
0.212
0.95
0.78
0.37

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。

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。



    超聲波流量計(jì)是一種耐用的、非接觸式測(cè)量污水的超聲波流量計(jì) ，便攜式多普勒超聲波流量計(jì)主要應(yīng)用于城市污水處理廠、排水泵站環(huán)保檢測(cè)及礦山、油田、冶金、化工、煉油、造紙、食品等行業(yè)的循環(huán)水、紙漿、礦漿、泥漿、酸堿液、化學(xué)原料、海水、城市排水、工業(yè)廢水、生活污水、油水混合液等流量計(jì)量。


    測(cè)量原理


    便攜式超聲波流量計(jì)探頭隨儀表成對(duì)提供，實(shí)流標(biāo)定后出廠。


    所有標(biāo)定數(shù)據(jù)、零偏及探頭參數(shù)全部儲(chǔ)存在探頭內(nèi)存里，與主機(jī)連接后，探頭將數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)會(huì)自動(dòng)識(shí)別并優(yōu)化工作。


    便攜式超聲波流量計(jì)匹配所連接的探頭后，用戶只需輸入管道和介質(zhì)參數(shù)即可。


    同時(shí)，儀表內(nèi)置的數(shù)據(jù)庫提供了大多數(shù)常用管材和介質(zhì)的選項(xiàng)，測(cè)量時(shí)，用戶還可根據(jù)狀態(tài)顯示了解應(yīng)用情況。


    全密封探頭及一體式電纜確保長期可靠的工作，探頭及電纜鎧裝層均為不銹鋼材質(zhì)，適用于苛刻的工業(yè)環(huán)境。


    便攜式超聲波流量計(jì)采用獨(dú)特的雙uP技術(shù)，高速采樣和自適應(yīng)信號(hào)處理技術(shù)，即使在苛刻的測(cè)量工況下，也能可靠而穩(wěn)定的工作。


    應(yīng)用指南


    便攜式超聲波流量計(jì)在石油化工行業(yè)、核電行業(yè)、導(dǎo)熱油領(lǐng)域有著獨(dú)特的應(yīng)用，并且采用了能量計(jì)算功能，可以在測(cè)量流量的同時(shí)，引入溫度信號(hào)，從而獲取能量參數(shù)。







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