陳剛

摘要：corioli質(zhì)量測(cè)量?jī)x是工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易領(lǐng)域常用的測(cè)量?jī)x器，由兩部分組成：傳感器和發(fā)射機(jī)。作為實(shí)際生產(chǎn)和貿(mào)易的一部分，一旦流體在振動(dòng)管中循環(huán)，就會(huì)產(chǎn)生與質(zhì)量流量成比例的修正力，從而能夠快速測(cè)量諸如質(zhì)量流量、密度和流體溫度等元素。科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量比其他測(cè)量驗(yàn)證手段更精確，測(cè)量過(guò)程穩(wěn)定安全，但受多種因素影響，測(cè)試儀在實(shí)際應(yīng)用中也可能出現(xiàn)驗(yàn)證錯(cuò)誤，大大降低了質(zhì)量流量計(jì)的驗(yàn)證質(zhì)量新時(shí)期corioli質(zhì)量計(jì)檢定誤差控制已成為電力化工企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的關(guān)鍵要素。本文在此基礎(chǔ)上研究科里奧利質(zhì)量流量計(jì)傳感器零模型的研究與應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：科里奧利;質(zhì)量流量計(jì);傳感器;零點(diǎn)模型研究及應(yīng)用

引言

目前，我國(guó)煉油企業(yè)和石油企業(yè)廣泛使用優(yōu)質(zhì)流量計(jì)測(cè)量煉油貿(mào)易轉(zhuǎn)移和礦山測(cè)量。質(zhì)量流量計(jì)的性能指標(biāo)很多，最重要的是儀表的精度、重復(fù)性和零穩(wěn)定性。其中，零穩(wěn)定性反映了流量計(jì)測(cè)量零流量的能力，可視為消除管道系統(tǒng)中的干涉或最小流量變化的能力。質(zhì)量流量計(jì)定期檢查，基本上可以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。然而，在長(zhǎng)期使用期間，零不穩(wěn)定性仍可能對(duì)措施產(chǎn)生重大影響。為此，分析了科里奧利質(zhì)量流量計(jì)零不穩(wěn)定性對(duì)測(cè)量誤差的影響，并提出了相應(yīng)的解決辦法。

1基本原理

科里奧氏體流量計(jì)基于旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中使用線性運(yùn)動(dòng)第一點(diǎn)的mcf力效應(yīng)，由于慣性與旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的線性運(yùn)動(dòng)偏移，傳感器結(jié)構(gòu)體內(nèi)有兩條平行的u形管， 頂部安裝驅(qū)動(dòng)線圈，兩端安裝檢測(cè)線圈，振蕩管兩端同時(shí)安裝的檢測(cè)線圈將產(chǎn)生兩組具有不同相位的信號(hào)，這兩組信號(hào)的相位差異與通過(guò)傳感器和計(jì)算機(jī)的流體質(zhì)量流量成正比 當(dāng)不同介質(zhì)通過(guò)傳感器時(shí)，振蕩管的主振蕩頻率不同，并相應(yīng)計(jì)算介質(zhì)密度。此外，傳感器振動(dòng)管上安裝的鉑電阻間接測(cè)量介質(zhì)溫度。

2科里奧利質(zhì)量流量計(jì)使用現(xiàn)狀

科里奧利質(zhì)譜儀是一種利用科里奧利原理制造的直接質(zhì)量流量?jī)x，其中流體在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中同時(shí)沿直線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生與質(zhì)量流量直接成比例的科伊力。CMF在中國(guó)的應(yīng)用隨后開(kāi)始。從1980年代中期開(kāi)始，隨著少數(shù)設(shè)備的引進(jìn)和進(jìn)口，直到一些個(gè)別進(jìn)口需要進(jìn)行技術(shù)改造，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)已廣泛用于石油化工、食品和金屬工業(yè)。從1980年代中期開(kāi)始，隨著少數(shù)設(shè)備的引進(jìn)和進(jìn)口，直到一些個(gè)別進(jìn)口需要進(jìn)行技術(shù)改造，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)已廣泛用于石油化工、食品和金屬工業(yè)。它是目前世界上最先進(jìn)的流量測(cè)量工具之一。

3傳感器零點(diǎn)建模

如圖1所示，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是運(yùn)用傳感器在固有頻率下的共振替代回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而獲得科氏力相位差，其核心是振動(dòng)管的簡(jiǎn)諧振動(dòng)。從振動(dòng)理論可知，振動(dòng)模態(tài)存在正交性，且存在無(wú)限個(gè)模態(tài)，以典型的U型振動(dòng)管為例，其前5階振動(dòng)模態(tài)如圖2所示。

圖2（a）為U型振動(dòng)管基頻的振動(dòng)模態(tài)。如圖6所示，由振動(dòng)幅頻特性可知，任一振動(dòng)模態(tài)對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)滿足下面公式。

其中，A表示激勵(lì)幅值;Wi（x，y）表示第i階模態(tài)的形狀系數(shù)，代表振動(dòng)管上各點(diǎn)在第i階模態(tài)時(shí)偏離振動(dòng)管結(jié)構(gòu)平面的程度;設(shè)處于第i階模態(tài)的振動(dòng)管上偏離結(jié)構(gòu)平面為1mm的位置點(diǎn)，其Wi=1。Hi（ω）表示第i階模態(tài)對(duì)激勵(lì)ω的機(jī)械放大倍數(shù)。φi表示第i階模態(tài)滯后于激勵(lì)的相位差;ξi表示第i階模態(tài)的等效阻尼系數(shù)。當(dāng)傳感器穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，振動(dòng)管將以基頻ω1的模態(tài)和頻率為主振動(dòng)形式進(jìn)行諧振，而其余各階模態(tài)則進(jìn)入受迫振動(dòng)，所有的模態(tài)都會(huì)對(duì)基頻的激勵(lì)產(chǎn)生響應(yīng)，因此，振動(dòng)管在基頻激勵(lì)下產(chǎn)生的幅值響應(yīng)Z是所有模態(tài)響的疊加。科里奧利質(zhì)量流量計(jì)通過(guò)振動(dòng)管兩側(cè)的信號(hào)檢測(cè)器檢出信號(hào)，其位置通常設(shè)置在振動(dòng)管左右兩側(cè)對(duì)稱、且盡可能靠近科氏力最大變形量的位置。由此，我們可以得到科里奧利質(zhì)量流量計(jì)傳感器零點(diǎn)的特性：傳感器的零點(diǎn)Δts與主振動(dòng)頻率f1呈倒數(shù)關(guān)系。由于ω1>0，因此，Δts與K同符號(hào);又因K系數(shù)的符號(hào)由振動(dòng)管的結(jié)構(gòu)決定，所以，傳感器零點(diǎn)的漂移不會(huì)發(fā)生符號(hào)變化。

4檢定流程

靜質(zhì)量法、靜體積法或標(biāo)準(zhǔn)表法是液體介質(zhì)CMF驗(yàn)證的三種基本方法。目前，使用靜態(tài)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備更為普遍。具體的檢定規(guī)程是：根據(jù)現(xiàn)行的國(guó)家檢定規(guī)程進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的安裝，然后將檢定裝置電路、串聯(lián)儀表和流量計(jì)連接好，進(jìn)行通電預(yù)熱，預(yù)熱時(shí)間控制在30接下來(lái)，在手工操作人員或通信軟件設(shè)備的支持下，檢查流量計(jì)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出方法的合理設(shè)計(jì);檢查時(shí)采用脈沖輸出方式。隨后，設(shè)備流量將按照qmax、0.5qmax、0.2qmax、qmin和qmax流量點(diǎn)的順序進(jìn)行控制，此時(shí)每個(gè)流量點(diǎn)的驗(yàn)證至少要進(jìn)行三次。最后，調(diào)整儀器范圍、頻率系數(shù)和流量系數(shù)后，進(jìn)行檢測(cè)壓力優(yōu)化，測(cè)試設(shè)備和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)側(cè)和流量計(jì)測(cè)量，計(jì)算測(cè)量誤差，計(jì)算流量測(cè)量誤差.

5提高測(cè)量準(zhǔn)確度的方法

零穩(wěn)定性始終存在，為了確保corioles質(zhì)量流量計(jì)的累積流量（或瞬時(shí)流量）的準(zhǔn)確性，總有一個(gè)小流量去除功能，即根據(jù)法規(guī)或檢查標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置流量點(diǎn)的閾值流量。當(dāng)流量低于閾值（通常在0.1%到1.0%之間）（流量百分比）時(shí)，其功能是不顯示和累積流量，或者可以根據(jù)不同媒體或環(huán)境的需要進(jìn)行定制。在實(shí)踐中，如果不設(shè)定臨界流量，即不去除微小流量，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)就無(wú)法得到很好的應(yīng)用。此外，在進(jìn)行核查之前，必須先將儀器歸零，歸零的目的是確定流量測(cè)量的基線。在設(shè)置為零之前，應(yīng)確保質(zhì)量流量計(jì)安裝不受限制，并在70%的最大流量下至少預(yù)熱20-30分鐘，直至流量計(jì)量管的溫度與所測(cè)介質(zhì)的溫度相符。然后關(guān)閉流量計(jì)前后的閥門(mén)，使液體充滿管道和計(jì)量管道，保持靜止。當(dāng)測(cè)量管中的流體處于非穩(wěn)態(tài)時(shí)，在歸零時(shí)，會(huì)影響質(zhì)量流量計(jì)的精確測(cè)量。因此，此時(shí)必須將閾值流設(shè)置為零，然后在設(shè)置為零后返回到原始設(shè)置。

結(jié)束語(yǔ)

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的制造技術(shù)越來(lái)越成熟，還有很多其他方面需要探討。特別是，核查工作中仍然存在許多錯(cuò)誤因素，有關(guān)技術(shù)人員要不斷改進(jìn)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，進(jìn)行有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)和研究，準(zhǔn)確判斷和分析錯(cuò)誤的根源，并提出適當(dāng)?shù)慕鉀Q辦法，還有很長(zhǎng)的路要走 選擇適當(dāng)?shù)尿?yàn)證材料并優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，并促進(jìn)驗(yàn)證錯(cuò)誤工作的順利進(jìn)行。

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