如何提高質(zhì)量流量計(jì)的實(shí)用準(zhǔn)確度

    0 引言

    科里奧利（Coriolis）質(zhì)量流量計(jì)是一種機(jī)械振動(dòng)型的多參數(shù)智能式流量測(cè)量?jī)x表，它同時(shí)可以直接測(cè)量出流體的質(zhì)量流量、密度、溫度，且根據(jù)以上測(cè)量出的質(zhì)量流量和密度參數(shù)可導(dǎo)出流體的體積流量。

    1 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的工作原理

    科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是利用測(cè)量管（也稱振動(dòng)管）兩半部分振動(dòng)頻率相位差正比于質(zhì)量流量以測(cè)量質(zhì)量流量，利用測(cè)量管諧振頻率與管中被測(cè)量介質(zhì)密度間的函數(shù)關(guān)系求取密度。科里奧利質(zhì)量流量計(jì)還可從兩個(gè)基本參數(shù)質(zhì)量流量q_m和密度ρ得出體積流量q_v。

    2 影響科里奧利質(zhì)量流量計(jì)實(shí)用精度的因素

    科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是一種電磁驅(qū)動(dòng)的機(jī)械振動(dòng)型的流量測(cè)量?jī)x表，構(gòu)成該流量計(jì)測(cè)量管的材料會(huì)受到工藝介質(zhì)壓力和溫度的影響。而安裝在管道中的流量測(cè)量管（也稱流量振動(dòng)管）又會(huì)受到工廠管線的機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械應(yīng)力、機(jī)械扭力等對(duì)測(cè)量的影響。另外科里奧利質(zhì)量流量計(jì)本身表現(xiàn)出的誤差特性則呈現(xiàn)“喇叭筒”，而并非以不同的流量呈現(xiàn)一條平的直線。鑒于以上原因，提高科里奧利質(zhì)量流量計(jì)實(shí)用準(zhǔn)確度的措施為：

    1）針對(duì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的實(shí)際工藝參數(shù)，對(duì)該流量計(jì)進(jìn)行“個(gè)性化標(biāo)準(zhǔn)”，從而實(shí)現(xiàn)在實(shí)際使用流量點(diǎn)的一定范圍內(nèi)，該科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的實(shí)際測(cè)量誤差（與標(biāo)準(zhǔn)值的差）趨于零；

    2）把好科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的安裝環(huán)節(jié)，減少或消除機(jī)械應(yīng)力、機(jī)械扭力和機(jī)械振動(dòng)等對(duì)該流量計(jì)使用的影響；

    3）考慮工藝壓力、溫度等對(duì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響；

    4）把好科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的投用關(guān)。

    3 實(shí)現(xiàn)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)實(shí)用準(zhǔn)確度的方案

    3.1 實(shí)施“個(gè)性化標(biāo)準(zhǔn)”方案，實(shí)現(xiàn)流量計(jì)量接近*

    科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的誤差公式：

    式中：E_允—流量計(jì)的允許誤差；

    E₀—流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)；

    q_z—流量計(jì)的零點(diǎn)漂移值；

    q_測(cè)—流量計(jì)的當(dāng)前測(cè)量值。

    由此可知科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的誤差特性曲線如圖1所示。

圖1 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的誤差特性曲線

    針對(duì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)誤差特性，結(jié)合實(shí)際使用工藝，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)僅在一個(gè)比較小的流量范圍內(nèi)工作，由此可以設(shè)法讓該流量計(jì)在實(shí)際使用流量點(diǎn)的一定范圍內(nèi)（通常控制這個(gè)范圍為實(shí)際使用流量點(diǎn)的±20%）的測(cè)量誤差趨于零，為此可以利用液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，根據(jù)國(guó)家質(zhì)量流量計(jì)檢定規(guī)程（JJG1038-2008）設(shè)置流量檢定點(diǎn)，并對(duì)實(shí)際使用流量點(diǎn)的±20%范圍進(jìn)行布點(diǎn)校準(zhǔn)（至少三點(diǎn)：80%Q_實(shí)際、Q_實(shí)際、120%Q_實(shí)際），實(shí)現(xiàn)該質(zhì)量流量計(jì)的“個(gè)性化標(biāo)準(zhǔn)”，其主要目的是既要讓其標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果符合質(zhì)量流量計(jì)檢定規(guī)程的要求，又要讓該質(zhì)量流量計(jì)在實(shí)際使用流量點(diǎn)的±20%范圍內(nèi)，采樣標(biāo)準(zhǔn)的三點(diǎn)的測(cè)量誤差趨于零，特別要做到的是讓實(shí)際使用流量點(diǎn)的測(cè)量誤差（流量計(jì)示值與標(biāo)準(zhǔn)裝置的標(biāo)準(zhǔn)值之差）為零，只有這樣，質(zhì)量流量計(jì)“個(gè)性化標(biāo)準(zhǔn)”的工作才*完成。

    根據(jù)以上的設(shè)想，對(duì)一臺(tái)編號(hào)為：14005601的質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行“個(gè)性化標(biāo)準(zhǔn)”，從工廠得知該流量計(jì)的實(shí)際使用的流量點(diǎn)為：21.7t/h，zui大流量為：43.6t/h，根據(jù)國(guó)家質(zhì)量流量計(jì)檢定規(guī)程（JJG1038-2008）的要求對(duì)其進(jìn)行檢定，檢定結(jié)果在21.7t/h的示值誤差是：-0.153%。

    從以上數(shù)據(jù)判斷該質(zhì)量流量計(jì)在實(shí)際使用點(diǎn)21.7t/h流量下測(cè)量精度并不是很高，為此根據(jù)以上數(shù)據(jù)，對(duì)該流量計(jì)進(jìn)行調(diào)校，將其流量校驗(yàn)系數(shù)上調(diào)0.153%，然后對(duì)此按照“個(gè)性化標(biāo)準(zhǔn)”方法對(duì)該流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)，重新標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果在21.7t/h的示值誤差是：0.002%。

    通過上述的實(shí)踐，有效實(shí)施對(duì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行“個(gè)性化標(biāo)準(zhǔn)”，從而實(shí)現(xiàn)流量計(jì)量接近*。這一實(shí)用技術(shù)值得推廣。

    3.2 從安裝環(huán)節(jié)入手，消除機(jī)械因素對(duì)流量計(jì)使用的影響

    科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是一種機(jī)械振動(dòng)型的流量計(jì)量?jī)x表，要確保該流量計(jì)實(shí)際使用的高準(zhǔn)確度，則應(yīng)在安裝環(huán)節(jié)設(shè)法消除振動(dòng)、應(yīng)力、扭力等機(jī)械因素對(duì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)使用的影響。

    3.2.1 消除機(jī)械振動(dòng)的方案

    在科里奧利質(zhì)量流量計(jì)實(shí)際使用的現(xiàn)場(chǎng)，機(jī)械振動(dòng)是客觀存在的。由于是一種機(jī)械振動(dòng)型的流量測(cè)量?jī)x表，那么就存在流量計(jì)本身的振動(dòng)系統(tǒng)是否會(huì)受到外界振動(dòng)系統(tǒng)的影響，是否有辦法讓流量計(jì)本身的振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)不向外界傳遞，同時(shí)又不讓外界振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)向流量計(jì)振動(dòng)系統(tǒng)傳遞，設(shè)法讓這兩個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)相互隔離，相互獨(dú)立，就可消除機(jī)械振動(dòng)對(duì)測(cè)量的影響。經(jīng)過實(shí)踐，對(duì)于振動(dòng)較強(qiáng)的場(chǎng)合，以圖2方式對(duì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行安裝，就可較好地消除振動(dòng)對(duì)測(cè)量的影響。

1－傳感器；2－*組支撐；3、4－截止閥；5－第二組支撐

圖2 管道支撐物的分布

    如不可避免要在強(qiáng)振動(dòng)區(qū)安裝傳感器，采用隔振性好的管道支撐物。管道支撐物應(yīng)有足夠的剛度和質(zhì)量。具體做法是：支撐物的下端必須固定在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上，上端與管夾子相配合來支撐工藝管線，但切不要用表體來支撐管線和輔助設(shè)備，包括傳感器自身。管道支撐后，應(yīng)讓傳感器的整體（箱體及法蘭）處在自由懸空狀態(tài)。支撐物應(yīng)以傳感器為中心對(duì)稱分布，距中心距離以1~1.5倍傳感器長(zhǎng)度為佳，截止閥安裝在這組支撐之外。對(duì)于較大口徑的傳感器，分設(shè)在兩側(cè)的截止閥的外側(cè)可再增設(shè)對(duì)稱的一組支撐（如圖2所示）。支撐物的下端如固定在地面上，必須是水泥地基。地基越穩(wěn)固，支撐越可靠，其減振性就越好。在空間允許的情況下，推薦采用水泥墩帶卡子的安裝方法，水泥墩的結(jié)構(gòu)如圖3所示。管卡子的支撐孔軸線應(yīng)處于水平位置，支撐物的高度應(yīng)以工藝管線保持水平直線為宜。用卡子夾緊工藝管道，有助于減弱潛在的干擾振動(dòng)（圖4）。

1－緊固螺母；2－上卡子；3－下卡子；4－抗移動(dòng)栓；

5－水泥墩主體；6－地腳螺栓

圖3 抗振水泥墩

1－緊固螺母/螺桿；2－上卡子；3－下卡子；4－支撐柱

圖4 管卡與支撐

    3.2.2 消除機(jī)械應(yīng)力、機(jī)械扭力的方案

    盡管科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的制造商已采取措施，減少了實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的機(jī)械應(yīng)力與機(jī)械扭力對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的影響，但“無應(yīng)力”安裝是科里奧利式質(zhì)量流量計(jì)傳感器安裝必須遵守的前提，也是與其他流量傳感器安裝的zui大區(qū)別。

    只有做到“無應(yīng)力無扭力”安裝，才能確保科里奧利質(zhì)量流量計(jì)實(shí)際應(yīng)用過程的準(zhǔn)確可靠。經(jīng)過實(shí)踐，提出“一體化安裝”的方案：讓傳感器與工藝管線同軸，并且傳感器法蘭安裝尺寸與工藝管線預(yù)留尺寸吻合，安裝時(shí)對(duì)連接件均勻?qū)ΨQ地施力（如果有條件可采用扭力扳手），使流量傳感器與前后連接管之間的連接沒有扭力。具體實(shí)踐中可采用如下措施：利用工藝連接件面到面的準(zhǔn)確尺寸，首先把要安裝的傳感器與配置的上、下游管線（各有一段適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度即可）同軸對(duì)準(zhǔn)并連接，同時(shí)注意保持連接件的受力均勻，再安裝上、下游截止閥及其外配管（各有一小段即可）。將這些作為一個(gè)整體預(yù)先連好，然后將這個(gè)整體吊裝預(yù)置在2和5的支撐柱上，并上緊管卡，zui后將在圖5中6部與工藝主管線相焊接。焊接過程中注意先點(diǎn)焊找正，讓其均勻受力，zui后在6部進(jìn)行滿焊。另外如果能夠在質(zhì)量流量計(jì)前后“2~5”部分安裝波紋伸縮器，那就可*消除機(jī)械應(yīng)力或扭力，并有利于周期檢定的拆裝。實(shí)踐證明，這是行之有效的“無應(yīng)力”安裝的方案，按該方案安裝的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)，在周檢拆裝時(shí)也有明顯的好處。該方案很好地消除了機(jī)械應(yīng)力、機(jī)械扭力的影響，確保科里奧利質(zhì)量流量計(jì)實(shí)際計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

1－傳感器；2－*組支撐；3、4－截止閥；5－第二組支撐

圖5 管道支撐物的焊接

    3.3 考慮工藝壓力、溫度對(duì)計(jì)量準(zhǔn)確度的影響

    科里奧利質(zhì)量流量計(jì)在出廠標(biāo)定時(shí)，標(biāo)定介質(zhì)的壓力和溫度與實(shí)際使用介質(zhì)的壓力和溫度是不可能一致的，如何消除壓力、溫度對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響？在準(zhǔn)確度要求不高的場(chǎng)合，可以參照生產(chǎn)廠家給用戶提供的壓力和溫度的修正系數(shù)進(jìn)行（簡(jiǎn)稱系數(shù)修正法）。在準(zhǔn)確度要求高的場(chǎng)合，則采用揚(yáng)子石化公司計(jì)量中心站的“可模擬現(xiàn)場(chǎng)工況壓力的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置（模擬壓力范圍：0.3~1.5MPa）”，對(duì)該質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行“現(xiàn)場(chǎng)工藝壓力模擬標(biāo)準(zhǔn)”。

    目前艾默生、E+H等公司的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)溫度對(duì)計(jì)量準(zhǔn)確度的影響較小，可以忽略不計(jì)。主要考慮實(shí)際工藝壓力對(duì)計(jì)量的影響。

    3.4 把好科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的投用關(guān)

    對(duì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行“個(gè)性化準(zhǔn)確”和“模擬現(xiàn)場(chǎng)壓力準(zhǔn)確”，實(shí)際上是將質(zhì)量流量計(jì)與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的條件相吻合，zui終的目的是要讓質(zhì)量流量計(jì)適合被計(jì)量對(duì)象的實(shí)際情況，以保證計(jì)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。從安裝環(huán)節(jié)入手，則是讓質(zhì)量流量計(jì)有一個(gè)穩(wěn)固的基礎(chǔ)，有一個(gè)好的“生活環(huán)境”，從而設(shè)法消除機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械應(yīng)力、機(jī)械扭力等對(duì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)使用的影響。

    完成了質(zhì)量流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)、安裝后，如何驗(yàn)證安裝是否符合要求，如何確保實(shí)際使用的高準(zhǔn)確度，把好科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的投用關(guān)就顯得特別重要。投用的具體內(nèi)容包括：查驗(yàn)檢定或標(biāo)準(zhǔn)證書、確認(rèn)流量計(jì)的組態(tài)、確認(rèn)流量計(jì)電氣接線、供電、接地、確認(rèn)安裝情況是否規(guī)范、進(jìn)行“零點(diǎn)校驗(yàn)”。      

    依據(jù)以上的措施與方案，對(duì)某公司用于石腦油計(jì)量的一臺(tái)CMF400質(zhì)量流量計(jì)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)（“個(gè)性化標(biāo)準(zhǔn)”和“模擬壓力標(biāo)準(zhǔn)”）、安裝和投用，經(jīng)3個(gè)多月的運(yùn)行考核及計(jì)量確認(rèn)，該流量計(jì)的實(shí)際交接誤差一直保持在0.034%以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)際計(jì)量的高準(zhǔn)確度。實(shí)踐證明本文提供的技術(shù)措施與方案行之有效。

    4 結(jié)束語

    總而言之，要實(shí)現(xiàn)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)實(shí)際使用的高準(zhǔn)確度，應(yīng)該讓流量計(jì)的選型、標(biāo)準(zhǔn)、安裝、投用等環(huán)環(huán)相扣，注重每個(gè)環(huán)節(jié)的過程控制，抓住每個(gè)環(huán)節(jié)的重點(diǎn)和細(xì)節(jié)。如果能不折不扣地完成本文所有環(huán)節(jié)要求的各項(xiàng)工作，實(shí)現(xiàn)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)實(shí)際使用的高準(zhǔn)確度的zui終目的定將實(shí)現(xiàn)。