科里奧利質(zhì)量流量計(jì) 工作原理 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 選用安裝使用

 *節(jié)　 概論

      科里奧利質(zhì)量流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)CMF）是利用流體在直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)處于一旋轉(zhuǎn)系中,，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力原理制成的一種直接式質(zhì)量流量?jī)x表,。

      基于科里奧利原理的流量?jī)x表的開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)50年代初，但直到70年代中期,，由美國(guó)高準(zhǔn)(MicroMotion)公司首先推向市場(chǎng),。到80年代中后期各國(guó)儀表廠相繼開(kāi)發(fā)，迄1995年世界已有40家以上儀表制造廠推出各種結(jié)構(gòu)的CMF,。到1995年世界范圍CMF裝用量估計(jì)在18萬(wàn)～20萬(wàn)臺(tái)之間,，1995年銷(xiāo)售量估計(jì)在4萬(wàn)～4.5萬(wàn)臺(tái)之間。

      我國(guó)CMF的應(yīng)用起步較晚,，從80年代中期引進(jìn)成套裝置附帶進(jìn)口少量?jī)x表開(kāi)始,，到技術(shù)改造所需單臺(tái)進(jìn)口一定數(shù)量，迄1997年估計(jì)裝用量在3500~4500臺(tái)之間,。1997年我國(guó)已有4家制造廠自行開(kāi)發(fā)CMF供應(yīng)社會(huì),，如太行儀表廠已有完整的IZL系列；還有幾家制造廠組建合資企業(yè)或引進(jìn)國(guó)外技術(shù)生產(chǎn)系列儀表,。

      第二節(jié) 原理和結(jié)構(gòu)

      如圖1所示,，當(dāng)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)以速度υ在對(duì)p軸作角速度ω旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)受到兩個(gè)分量的加速度及其力,。

      1）,、法向加速度 即向心力加速度αr，其量值等于ω2r,，方向朝向P軸,；
      2）、切向加速度αt 即科里奧利加速度,，其量值等于2ωυ,，方向與αr垂直。由于復(fù)合運(yùn)動(dòng),，在質(zhì)點(diǎn)的αt方向上作用著科里奧利Fc=2ωυm,，管道對(duì)質(zhì)點(diǎn)作用著一個(gè)反向力-Fc= -2ωυm。

      當(dāng)密度為ρ的流體在旋轉(zhuǎn)管道中以恒定速度υ流動(dòng)時(shí)，任何一段長(zhǎng)度Δx的管道都將受到一個(gè)ΔFc的切向科里奧利力,。

 （1）

式中 A——管道的流通內(nèi)截面積。
由于質(zhì)量流量計(jì)流量即為δm,，δm=ρυA,，所以

 （2）

      因此，直接或間接測(cè)量在旋轉(zhuǎn)管道中流動(dòng)流體產(chǎn)生的科里奧利力就可以測(cè)的得質(zhì)量流量,，這就是CMF的基本原理,。

      然而通過(guò)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生科里奧利力是困難的，目前產(chǎn)品均代之以管道振動(dòng)產(chǎn)生的,，即由兩斷端固定的薄壁測(cè)量管,，在中點(diǎn)處以測(cè)量管諧振或接近諧振的頻率（或其高次諧波頻率）所激勵(lì)，在管內(nèi)流動(dòng)的流體產(chǎn)生科里奧利力,，使測(cè)量管中點(diǎn)前后兩半段產(chǎn)生方向相反的撓曲,，用光學(xué)或電磁學(xué)方法檢測(cè)撓曲量以求得質(zhì)量流量。

      又因流體密度會(huì)影響測(cè)量管的振動(dòng)頻率,，而密度與頻率有固定的關(guān)系,，因此CMF也可測(cè)量流體密度。

      CMF由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器（或流量計(jì)算機(jī)）兩部分組成,。圖2為流量傳感器一列一例,，主要有由測(cè)量管及其支撐固定橋架、測(cè)量管振動(dòng)激勵(lì)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)線圈A,、檢測(cè)測(cè)量管撓曲的光學(xué)檢測(cè)探頭或電磁檢測(cè)探頭B,、修正測(cè)量管材料揚(yáng)楊氏模量溫度影響的測(cè)溫組件等組成。轉(zhuǎn)換器主要由振動(dòng)激勵(lì)系統(tǒng)的振動(dòng)信號(hào)發(fā)生單元,、信號(hào)檢測(cè)和信號(hào)處理單元等組成,；流量計(jì)算機(jī)則還有組態(tài)設(shè)定、工程單位換算,、信號(hào)顯示和與上位機(jī)通信等功能,。

      第三節(jié) 優(yōu)點(diǎn)

    CMF直接測(cè)量質(zhì)量流量，有很高的測(cè)量度,。
      可測(cè)量流體范圍廣泛,，包括高粘度液的各種液體、含有固形物的漿液,、含有微量氣體的液體,、有足夠密度的中高壓氣體。
      測(cè)量管的振動(dòng)幅小,，可視作非活動(dòng)件,，測(cè)量管路內(nèi)*件和活動(dòng)件。
      對(duì)應(yīng)對(duì)迎流流速分布不敏感，因而無(wú)上下游直管段要求,。
      測(cè)量值對(duì)流體粘度不敏感,，流體密度變化對(duì)測(cè)量值得值的影響微小。
      可做多參數(shù)測(cè)量,，如同期測(cè)量密度,，并由此派生出測(cè)量溶液中溶質(zhì)所含的濃度。

      第四節(jié) 缺點(diǎn)

    CMF零點(diǎn)不穩(wěn)定形成零點(diǎn)漂移,，影響其度的進(jìn)一步提高,，使得許多型號(hào)儀表只得采用將總誤差分為基本誤差和零點(diǎn)不穩(wěn)定度量?jī)刹糠帧?/span>
      CMF不能用于測(cè)量低密度介質(zhì)和低壓氣體；液體中含氣量超過(guò)某一限制（按型號(hào)而異）會(huì)顯著著影響測(cè)量值,。
      CMF對(duì)外界振動(dòng)干擾較為敏感，為防止管道振動(dòng)影響,，大部分型號(hào)CMF的流量傳感器安裝固定要求較高,。
      不能用于較大管徑,，目前尚局限于150（200）mm以下,。
      測(cè)量管內(nèi)壁磨損腐蝕或沉積結(jié)垢會(huì)影響測(cè)量度,，尤其對(duì)薄壁管測(cè)量管的CMF更為顯著。
      壓力損失較大,，與容積式儀表相當(dāng),，有些型號(hào)CMF甚至比容積式儀表大100%,。
      大部分型號(hào)CMF重量和體積較大,。
      價(jià)格昂貴。國(guó)外價(jià)格5000 ～10000美元一套,，約為同口徑電磁流量計(jì)的2 ～5倍,；國(guó)內(nèi)價(jià)格約為電磁流量計(jì)的2～ 8倍。

      第五節(jié) 分類(lèi)

      CMF發(fā)展到現(xiàn)在已有30余中種系列品種,，其主要區(qū)別在于流量傳感器測(cè)量管結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)創(chuàng)新,；提高儀表度、穩(wěn)定性,、靈敏度等性能,；增加測(cè)量管撓度，改善應(yīng)力分布,，降低疲勞損壞,；加強(qiáng)抗振動(dòng)干擾能力等。因而測(cè)量管出現(xiàn)了多種形狀和結(jié)構(gòu)（參見(jiàn)圖3）,，本節(jié)僅就此從不同角度作些分類(lèi)和討論,。
畫(huà)圖
     CMF 按測(cè)量管形狀可分為彎曲形和直形。
     按測(cè)量管段數(shù)可分為單管型和雙管型,。
     按雙管型測(cè)量管段的連接方式可分為并聯(lián)和串聯(lián)型,。
     按測(cè)量管流體流動(dòng)方向和工藝管道流動(dòng)方向間布置方式可分為并行方式和垂直方式。

      5.1 按測(cè)量管形狀分類(lèi)

      1） 彎曲形 首先投入市場(chǎng)的儀表測(cè)量管彎成U字形,，現(xiàn)在已開(kāi)發(fā)的彎曲形狀有Ω字形,、B字形、S字形,、圓環(huán)形,、長(zhǎng)圓環(huán)形等。彎曲形測(cè)量管的儀表系列比值比直形測(cè)量管的儀表多,。設(shè)計(jì)成彎曲形狀是為了降低鋼剛性,，因與直形相比可以采用較厚的管壁，儀表性能受磨蝕腐蝕影響較小,；但易積存氣體和殘?jiān)鸶郊诱`差,。此外，彎形測(cè)量管的CMF的流量傳感器整機(jī)重量和尺寸要比值比直形的大,。

      2） 直形 直形測(cè)量管的CMF不易積存氣體及便于清洗,。垂直安裝測(cè)量漿液時(shí)，固體顆粒不易在暫停運(yùn)行時(shí)沉積于測(cè)量管內(nèi),。流量傳感器尺寸小,，重量輕。但鋼剛性大,，管壁相對(duì)較薄,，測(cè)量值受磨蝕腐蝕影響大。

      有些型號(hào)直形測(cè)量管儀表的激勵(lì)頻率較高,，在600 ～1200Hz之間（彎形測(cè)量管的激勵(lì)頻率僅40 ～150Hz之間）,，不易受外界工業(yè)振動(dòng)頻率的干擾。

      近年國(guó)外原主張并生產(chǎn)彎曲形測(cè)量管的CMF制造廠,，亦竟相開(kāi)發(fā)直形測(cè)量管CMF,，它有日益增加的趨勢(shì)。

      5.2 按測(cè)量管段數(shù)分類(lèi)

      這里所指測(cè)量管段是流體通過(guò)各自振動(dòng)并檢測(cè)科里奧利力劃分的獨(dú)立測(cè)量管,。

      1）單管型 初期開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品是單管式,，因易受外界振動(dòng)干擾影響，后期開(kāi)發(fā)的CMF則多趨向于雙管型,，單但近年開(kāi)發(fā)又有采用單管型的,，如圖3(q)所示。

      2）雙管型 雙管型可降低外界振動(dòng)干擾的敏感性,，容易實(shí)現(xiàn)相位差的測(cè)量,，目前為絕大多數(shù)型號(hào)儀表所采用。

      5.3 雙管型測(cè)量管的連接方式分類(lèi)

      1）并聯(lián)型 如圖3（a）,、（d）,、（f）、（h）,、（i）,、（j）、（k）,、（I）,、（m）、（o）,、（p）所示,。流體流入傳感器后經(jīng)上游管道分流器分成二路進(jìn)入并聯(lián)的二根測(cè)量管段,，然后經(jīng)與分流器形狀相同的集流器進(jìn)入下游管道。并聯(lián)型為較多型號(hào)儀表所采用,。分流器要求盡可能等量分配,，但使用過(guò)程中分流器由于沉積粘附異物或磨蝕悔改會(huì)改變?cè)辛鲃?dòng)狀態(tài)，引起零點(diǎn)漂移和產(chǎn)生附加誤差,。

      2）串聯(lián)型 如圖3（b）,、（e）、（g）,、（n）所示,。流體流過(guò)*測(cè)量管段再經(jīng)導(dǎo)流塊引入第二測(cè)量管段。本方式流體流過(guò)兩測(cè)量管段的量相同,，不會(huì)產(chǎn)生因分流值變化所引起的缺點(diǎn),，適用于雙切變敏感的流體。

      5.4 按測(cè)量管流動(dòng)方向和工藝管道流動(dòng)方向布置方式分類(lèi)

      1）平行方式 測(cè)量管的布置使流體流動(dòng)方向和工藝管道流動(dòng)方向平行,。采用這種方式型號(hào)較多,，如圖3（b）,、（d）,、（f）、（g）,、（j）,、（k）、（I）,、（m）,、（o）、（p）,、（q）,。

      2）垂直方式 測(cè)量管的布置與工藝管 道垂直，流量傳感器整體不在工藝管道振動(dòng)干擾作用的平面內(nèi),，抗管道振動(dòng)干擾的能力強(qiáng),，如圖2（a）、（e）,、（h）,、（i）、（n）,。

      第六節(jié)　選用考慮要點(diǎn) 

      6.1 應(yīng)用概況

      CMF主測(cè)量參量是質(zhì)量流量,，第二測(cè)量參量是流體密度，還有附加測(cè)量流體溫度,。還可由質(zhì)量流量和流體密度派生出測(cè)量雙組分溶液中溶質(zhì)的濃度,。CMF應(yīng)用zui多的是需要考核質(zhì)量（對(duì)應(yīng)與體積的mass,，而非品質(zhì)）為目標(biāo)的計(jì)量總量或測(cè)量/控制流量，具體說(shuō)有,；貿(mào)易結(jié)算交接計(jì)量或企業(yè)內(nèi)部核算計(jì)量,；批量生產(chǎn)(batch process)進(jìn)料的分批計(jì)量（替代以前費(fèi)工費(fèi)時(shí)的稱(chēng)重計(jì)量）；管道混合(blending)配比的控制,。

      然而CMF的零漂等問(wèn)題限制了一些在貿(mào)易計(jì)量方向的應(yīng)用,。，列例如美國(guó)石油協(xié)會(huì)（API）在90年代中期還認(rèn)為CMF在石油工業(yè)的運(yùn)行技術(shù)尚不成熟,；標(biāo)準(zhǔn)化組織石油產(chǎn)品及潤(rùn)滑油委員會(huì)石油動(dòng)態(tài)計(jì)量分委員會(huì)(ISO/TC28/SC2)年會(huì)上,，因“CMF在石油工業(yè)密封管道`輸送工藝’中的技術(shù)尚不成熟”，撤銷(xiāo)專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)制訂CMF標(biāo)準(zhǔn)的工作組(WG6),。由于CMF性能進(jìn)一步完善,，在其它領(lǐng)域的貿(mào)易交接計(jì)量應(yīng)用方面逐漸增加，現(xiàn)在情況似有變化,。

      密度是CMF測(cè)量的第二參量,，再生產(chǎn)在生產(chǎn)過(guò)程中作某些品質(zhì)指標(biāo)控制，如溶液稀釋程度,，交接時(shí)防止賣(mài)方有意稀釋?zhuān)换蚯笕ト∪芤褐腥苜|(zhì)濃度,，測(cè)量溶液中溶容質(zhì)流量或總量，如油井口流出油水混合液體中油的產(chǎn)量,，還可辨別流動(dòng)中液體種類(lèi),，分路發(fā)送，如區(qū)分管系成品液和清洗液交替流動(dòng),，分送下游不同管道,。

      90年代中期CMF又拓展到測(cè)量液體的粘度，利用CMF的壓力將降與粘度的函數(shù)關(guān)系輔以差壓變送器作在線測(cè)量,。

      CMF對(duì)被測(cè)液體的粘度適應(yīng)范圍寬,，從低粘度液化石油氣到高粘度原油和瀝青液。具據(jù)國(guó)外某儀表廠90年代出初統(tǒng)計(jì)分析表明,，銷(xiāo)售使用于中高粘度液體占50%以上,，其中400mPa•s以上占10%。CMF還可應(yīng)用于非牛頓流體和液固雙相流體的流量測(cè)量,，如乳膠,、懸浮高齡高嶺土液、巧克力,、肉糜漿等,。

      早期CMF僅用于液體，然后擴(kuò)大應(yīng)用與于高壓氣體,，到90年代初才有適用于測(cè)量中低壓氣體的儀表,。據(jù)Micro Motion公司稱(chēng),；迄1997年該公司已有7500臺(tái)CMF應(yīng)用于氣體，其中服務(wù)于汽車(chē)壓縮天然氣(CNCCNG)加氣站計(jì)量的CMF有6000臺(tái),。

      用戶(hù)產(chǎn)業(yè)分布,；據(jù)國(guó)外某儀表制造廠90年代初統(tǒng)計(jì)分析，CMF的應(yīng)用中化學(xué)工業(yè)占40%,，石油工業(yè)（包括煉制和儲(chǔ)運(yùn)）占20%,，食品工業(yè)23%，其它占17%,，其中食品工業(yè)占有相當(dāng)比列比例,；在國(guó)內(nèi)當(dāng)前石油、石化業(yè)用戶(hù)資金雄厚,，用的較多,，而食品工業(yè)用戶(hù)可謂*。

      6.2 測(cè)量度與范圍度

      大部分制造廠以“量程誤差加零點(diǎn)不穩(wěn)定性”的方式表達(dá)基本誤差,。這是一種巧妙的表達(dá)方式,，給用戶(hù)產(chǎn)生一種度很高的印象。實(shí)際上在低流量或接近下限流量時(shí),，誤差較大,，基本誤差常超過(guò)量程誤差一倍以上，選用時(shí)應(yīng)予注意,?；菊`差通常在±（0.15～0.5）%R之間,，重復(fù)性誤差一般為基本誤差的1/4～2/3,；流量范圍度大部分在（10：1）～（50：1）之間，有些則高達(dá)（100：1）～（150：1）,?；菊`差與范圍度有關(guān)，列如例如Micro Motion公司D系列10：1時(shí)為±0.36%R,，20：1時(shí)為±0.58%R,。

      零點(diǎn)不穩(wěn)定性通常以%FS表示，也有以流量值kg/min表示,。零點(diǎn)不穩(wěn)定性一般再在±（0.01～0.04）%FS之間,。若±0.04%FS零點(diǎn)不穩(wěn)定性和20：1范圍度的儀表，下限流量時(shí)因零點(diǎn)不穩(wěn)定誤差可能達(dá)到該測(cè)量點(diǎn)的±0.8%R,。

      由于CMF精度不斷提高,，對(duì)于精度較低儀表予以忽略的介質(zhì)溫度和靜壓變化影響將凸顯出來(lái)。實(shí)際工作條件下測(cè)量度要考慮介質(zhì)溫度附加誤差δT和靜壓附加誤差δP,，評(píng)估測(cè)量條件下測(cè)量誤差δΣ通常由基本誤差δB和δT,、δP按式3合成,。

 （3）

下文將進(jìn)一步討論介質(zhì)溫度和靜壓的影響。

      6.3 流量范圍和壓力損失

      上文提到CMF流量范圍度很大,，實(shí)際上是由于上限流量定的得很高所致,，與其他類(lèi)型儀表如容積式、渦輪式相比,，如以水的密度計(jì)算名義口徑流速高達(dá)8～12m/s,，有些型號(hào)甚至達(dá)15～16m/s，而容積式和渦輪式僅為3～5m/s,。測(cè)量管內(nèi)流速還要高,，因此大部分型號(hào)CMF的壓力損失較大，用于水等低粘度液體時(shí)為0.1～0.2MPa,，選用時(shí)應(yīng)予注意,。

      按使用條件選擇CMF規(guī)格大小時(shí)考慮的主要因素之一為估算儀表壓力損失（或稱(chēng)壓力降）△pp是否在管系允許值之內(nèi)。,，在允許壓力降情況下,，為獲得*測(cè)量度使用的滿(mǎn)度流量盡可能在CMF的流量范圍內(nèi)選的得高些。通常CMF的名義口徑小于（或等于）管徑,，很少大于管徑者,。

      但也有少數(shù)型號(hào)儀表壓力降較低，列如例如RHM系列上限流量名義口徑流速僅2～3m/s,，壓力降約在0.05MPa左右,。

      CMF的壓力降隨著流體粘度增加而增加。圖4所示是D150型（口徑40/50mm）的不同粘度流體流量-壓力降關(guān)系線列圖μ=1mPa·s,，相當(dāng)與常溫下水粘度,，μ=0.01mPa·s相當(dāng)與于大部分氣體的粘度。從圖上可以看出粘度為500mPa·s液體的壓力降為水的10倍,。高粘度液體在儀表中呈層流流動(dòng),，壓力降△p和流量qm之間呈線線性關(guān)系（即 ，式中k為系數(shù),，指數(shù)n=1）,，低粘度時(shí)為紊流流動(dòng),`基本上為平方關(guān)系（即n=2），中等粘度關(guān)系線為折線,，小流量段呈層流,，中高流量段為從層流轉(zhuǎn)向紊流的過(guò)渡區(qū)流動(dòng)，n在1與2之間,。

      所使用流體的粘度在圖示線列之間,，有文獻(xiàn)建議可采用比列比例內(nèi)插法進(jìn)近似計(jì)算，只適用與于高粘度液體層流流動(dòng)區(qū),。對(duì)于中低粘度,，粘度-壓力損失呈指數(shù)關(guān)系的紊流區(qū)和過(guò)渡區(qū)并不適用,，只能是粗略估計(jì)。

      對(duì)于在原有管線上以CMF替代其他類(lèi)型流量?jī)x表（如渦輪流量計(jì)）的技術(shù)改造,，更要核算動(dòng)力泵揚(yáng)程能否滿(mǎn)足克服CMF所增加壓力損失,，必要時(shí)換較大揚(yáng)程的泵。

      6.4 測(cè)量氣體流量

      氣體流量的能否測(cè)量取決于是否達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量流量值,，由于氣體的密度低,，必須要在很高的壓力和很高的流速下才能達(dá)到。列如例如,，Micro Motion的DS-100型（25mm口徑）儀表流量達(dá)到額定流量范圍zui大值455kg/min時(shí),，空氣密度若為100kg/m3，壓力必須達(dá)到7.6MPa,，氣其流速要高達(dá)154.5m/s,，即使流量在額定zui小流量68kg/min時(shí)，流速也需要達(dá)23m/s,。

      有些型號(hào)儀表則規(guī)定氣體密度下限,，列如例如Heinnchs公司的TH系列為2kg/m3；‘Krohne,；公司的MFS-3000系列1.5E和10E型（口徑分別為6和8mm）為50kg/m3,，Foxboro公司，的CFS10=1/AS 系列為200kg/m3,，如測(cè)量空氣流量,，則壓力必須分別達(dá)到4.2和1608MPa16.8MPa。

      同一儀表用于測(cè)量氣體時(shí)性能低與于測(cè)量液體,。列如例如,；制造廠聲稱(chēng)EIite系列時(shí)測(cè)量氣體時(shí)誤差為±0.5%R而測(cè)量液體時(shí)誤差為（±0.1%+零點(diǎn)不穩(wěn)定度）。但該廠另一論文對(duì)同一系列儀表試驗(yàn)結(jié)論又稱(chēng)所有數(shù)據(jù)均優(yōu)于±2%Rr,，讀該文所附各圖,，可見(jiàn)到在測(cè)量低壓氣體時(shí)測(cè)量誤差有接近或超過(guò)1%者，這是因?yàn)榱髁刻幱陬~定流量百分之幾的低流量,，是零點(diǎn)不穩(wěn)定度所起主要作用，低壓時(shí)重復(fù)性也較差,，達(dá)0.6%,。

      用于測(cè)量低壓氣體應(yīng)注意到可測(cè)量流量將大為降低，列如例如EIite系列CMF100型（口徑25/40mm）再在測(cè)0.175MPa壓縮空氣時(shí)zui大流量?jī)H為約4%額定流量,。

      通常用于氣體的CMF不用氣體效驗(yàn)校驗(yàn),，仍用水校效驗(yàn)的儀表的常數(shù)，,。一般認(rèn)為兩者之間差別不大,，實(shí)際上還是有些差別的,。文獻(xiàn){9}在試驗(yàn)后認(rèn)為流體密度從1000kg/m3（水）到2kg/m3（0.17MPa空氣）很寬的范圍內(nèi)，用工廠校準(zhǔn)的儀表常數(shù),，度優(yōu)于2%,，一般誤差小于±0.5%。英國(guó)工程實(shí)驗(yàn)室（NEL）也曾對(duì)6臺(tái)口徑25mm CNF作過(guò)液氣對(duì)比實(shí)驗(yàn),；3臺(tái)在較低壓力1.5MPa空氣實(shí)驗(yàn),，其中2臺(tái)非線形比液體時(shí)大0.6%，1臺(tái)重復(fù)性1%,，1臺(tái)重復(fù)性低劣達(dá)15%,，儀表常數(shù)變化10%；3臺(tái)在較高壓力6MPa實(shí)驗(yàn),，其中2臺(tái)重復(fù)性比液體時(shí)大0.3%,，非線形分別比液體大1.5%和1.3%，1臺(tái)不能工作,。

      6.5 含有氣體的液體

      制造廠通常聲稱(chēng)含有百分之幾體積比游離氣體的液體帶給測(cè)量值的影響不大,。當(dāng)測(cè)量氣泡小而分布均勻的液體，列如例如冰淇淋和相似乳化液 ,，可能是對(duì)的,。，然而意大利計(jì)量院對(duì)7種型號(hào)CMF含氣量影響實(shí)驗(yàn)表明,；含氣泡1%（體積比）時(shí)有些型號(hào)無(wú)明顯影響,，有些型號(hào)誤差為1%～2%，而其中某一雙管直管式型號(hào)則高達(dá)10%～15%,；含氣泡10%時(shí),，誤差普遍增加到15%～20%，個(gè)別型號(hào)高達(dá)80%,。Danfoss公司的實(shí)驗(yàn)也證明,。當(dāng)液體含0.3%氣泡時(shí)，儀表仍可保持原由度,；當(dāng)含氣量達(dá)5%時(shí)（在常壓下）,，儀表誤差以達(dá)10%此外，流體的壓力,、流速,、粘度和氣液混合方式等不同帶來(lái)的影響也不一樣。但有些型號(hào)CMF聲稱(chēng)可測(cè)量含氣量較高的液體,，列如Krohne公司MFS200型（圖3（h））所示雙并聯(lián)測(cè)量管口徑15～25mm儀表,，在合適應(yīng)用條件下含氣量可達(dá)15%，因此在制造廠未專(zhuān)門(mén)說(shuō)明可測(cè)量含有氣體的液體時(shí)，測(cè)量可能含有氣體液體的儀表前采取脫氣措施,。

      6.6 含有固體的液體

      測(cè)量含有少量固體的液體流量時(shí),，各種類(lèi)型CMF都有較高的信賴(lài)度。當(dāng)固體含量增加,，固體具有強(qiáng)磨蝕性或者軟固體（如食品湯汁中的蔬菜塊）,，就應(yīng)按流體的特點(diǎn)選用合適類(lèi)型測(cè)量管的CMF,。

      含有固體較多或含有軟固體，應(yīng)避免選用測(cè)量管內(nèi)徑比名義管徑小得多的儀表，防止堵塞,。選用單管型或雙管型中的串聯(lián)型,，因?yàn)槿缬秒p管型中的并聯(lián)型,，分流器上粘附雜物導(dǎo)致改變二路分流量,，產(chǎn)生誤差；更為嚴(yán)重的情形是如一路堵塞可能不被立即發(fā)現(xiàn),。

      測(cè)量強(qiáng)磨蝕性的漿液時(shí)間同樣有堵塞問(wèn)題,，且對(duì)分流管的磨蝕不均勻亦會(huì)改變?cè)瓉?lái)得的分流比，因此亦不宜選用雙管并聯(lián)型,。,，采用單直管形狀測(cè)量管管壁較厚的CMF。因?yàn)闇y(cè)量管形狀復(fù)雜易產(chǎn)生管壁磨蝕不均勻,。

      6.7 流體工況或物性參量對(duì)流量測(cè)量的影響

      通常儀表制造廠的樣本和使用說(shuō)明書(shū)等技術(shù)文件聲稱(chēng)CMF的測(cè)量性能不受流體的溫度,、靜壓、密度,、粘度變化影響,。，然而隨著用戶(hù)日益增加應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),，感到并非*如此,，集資委托第三方研究開(kāi)展影響量的實(shí)驗(yàn)研究。制造廠也開(kāi)展各項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)研究,，有些影響量已達(dá)到可提出修正量的程度,。

      如果CMF的流量測(cè)量度仍為初期的0.5%～1%R，常用范圍的流體工況和物性變化影響或可可忽略不計(jì),，然而當(dāng)前度指標(biāo)定的很高,，達(dá)0.1%～0.15%R，影響量就更凸顯出來(lái)了,。

      （1）溫度影響

     介質(zhì)溫度或環(huán)境溫度變化會(huì)改變測(cè)量振動(dòng)管的揚(yáng)楊氏模量和影響零漂的結(jié)構(gòu)等各種因素,。大部分型號(hào)儀表對(duì)楊揚(yáng)氏模量的溫度系數(shù)經(jīng)電子線路補(bǔ)償以減少其影響量；零漂影響由于是受振動(dòng)管幾何形狀和結(jié)構(gòu)件的非對(duì)稱(chēng)性所形成,，是不能再現(xiàn)的，因此尚難減小消除。然而楊揚(yáng)氏模量的溫度系數(shù)是一個(gè)統(tǒng)計(jì)量,，因測(cè)量管材料批號(hào)和熱處理等工藝的不一致性,，有一定幅度范圍。有可能補(bǔ)償不足或過(guò)渡,，不可能全部補(bǔ)償為零,。各制造廠所提供流體工作溫度范圍僅根據(jù)儀表材料結(jié)構(gòu)等因素來(lái)確定的，并不意味著再次在此范圍內(nèi)保持常溫下校準(zhǔn)的性能,。僅有少數(shù)制造廠能提供儀表的溫度影響量,，如Micro Motion公司。

      英國(guó)NEL曾對(duì)90年代初國(guó)外市場(chǎng)上多家制造廠CMF的溫度影響量做過(guò)實(shí)流試驗(yàn),。水溫變化范圍5～400C,。每改變一次水溫，儀表在流量試驗(yàn)前調(diào)零,，在該溫度內(nèi)以后就不能再調(diào),。8臺(tái)儀表中3臺(tái)無(wú)影響，1臺(tái)儀表常數(shù)變化0.5%,，2臺(tái)變化1%～1.5%,，2臺(tái)變化1.5%～2%。5臺(tái)變化儀表的溫度影響量為±（0.014～0.057）%/0C,，還是相當(dāng)大的,。

      （2）壓力影響

      液體靜壓增大會(huì)使測(cè)量振動(dòng)管呈繃緊（stiffening）現(xiàn)象，彎曲管還有布登管效應(yīng)（Bour-don effecf）,，產(chǎn)生一個(gè)負(fù)向偏差,。這兩種壓力效應(yīng)雖然影響量很小，但是使用時(shí)靜壓與校準(zhǔn)時(shí)相差甚大時(shí),，對(duì)于高精儀表其值還是不容忽視的,。壓力影響量取決于測(cè)量管管徑、壁厚和形狀,，小口徑儀表由于壁厚管徑比大,，影響量小,；大口徑儀表則壁厚管徑比小,，影響量大。Micro Motion公司提供該公司儀表壓力影響數(shù)據(jù),，以校準(zhǔn)時(shí)壓力0.2MPa為基準(zhǔn),，CMF100型儀表（口徑25mm）壓力影響量為-0.03%R/MPa，CMF200型（口徑40/50mm）為-0.12%R/MPa,；D系列較大,，D300型（口徑80/100mm）為-1.35%MPa,，D600（口徑150/200mm）為-0.75%MPa。若使用過(guò)程中壓力有很大變動(dòng),，則可以根據(jù)實(shí)際靜壓修正儀表常數(shù),。

      NEL對(duì)90年代初市場(chǎng)上8臺(tái)CMF所作靜壓影響試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，靜壓影響量zui大為-1.75%/MPa,，zui小為-1%/MPa,，平均為-1.4%/MPa.

表1 壓力影響量 

注:以校準(zhǔn)時(shí)壓力為基準(zhǔn)

    （3）密度影響

     以前認(rèn)為CMF的流量測(cè)量性能不受介質(zhì)密度影響，但近年各方實(shí)驗(yàn)說(shuō)明還是有一定影響,，認(rèn)為誤差小于±0.5%R,，其中有密度影響部分。

      NEL 對(duì)90年代初市場(chǎng)上8臺(tái)CMF,，以4種不同密度的液體做密度影響試驗(yàn),，密度范圍從煤油0.78到乙二醇1.11kg/L。8臺(tái)儀表中有1臺(tái)變化+0.5%（以煤油為基準(zhǔn)）,。

      Danfoss公司對(duì)本公司cmf試驗(yàn)也證明存在密度影響,。10mm口徑儀表介質(zhì)密度2kg/L的流量值與1kg/L相比，相差-0.1%,；0.5kg/L的介質(zhì)與1kg/L的介質(zhì)相比為+0.06%,。

      （4）粘度影響

      粘度較高的液體會(huì)較多吸收科里奧利激勵(lì)系統(tǒng)的能量，在流動(dòng)開(kāi)始時(shí)尤甚,。這一現(xiàn)象對(duì)有些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的CMF可能導(dǎo)致測(cè)量暫時(shí)停止振動(dòng),，直到正常流動(dòng)。

      NEL對(duì)90年代初市場(chǎng)上8臺(tái)CMF,，用水,、煤油、粗柴油,、乙二醇四種粘度液體,，粘度范圍為1～29.5mm2/s，在稱(chēng)重流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上試驗(yàn),。其中一臺(tái)有明顯粘度影響,，大流量(2～5kg/s)時(shí)儀表常數(shù)變化0.25%，在小流量時(shí)20%Qmax(0.5kg/s)時(shí)變化0.5%,，10%時(shí)變化2.2%,。

      第七節(jié) 安裝使用注意事項(xiàng)

      7.1 流量傳感器安裝一般要求

      由于測(cè)量管形狀及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的差異，同一口徑相近流量范圍不同型號(hào)傳感器的重量和尺寸差別很大,，列如例如80mm口徑者僅45kg,，重者達(dá)150～200kg。安裝要求亦千差萬(wàn)別,，因此必須按照制造廠規(guī)定的安裝方法和趨避禁止事項(xiàng),，列如例如有些型號(hào)流量傳感器直接連接到管道上即可,，有些型號(hào)卻要求設(shè)置支撐架或基礎(chǔ)。為隔離管道振動(dòng)影響儀表,，有時(shí)后候傳感器與管道之間要介以柔性管連接,，而柔性管與傳感器之間又要一段有支撐件分別固定的剛性直管,。選購(gòu)之前應(yīng)向擬購(gòu)CMF的廠商索取安裝使用說(shuō)明書(shū)參照比較和選擇,。

      安裝設(shè)計(jì)時(shí)盡可能使其有長(zhǎng)的使用壽命，為除去過(guò)早磨損和產(chǎn)生測(cè)量誤差的固形物和夾雜氣體,，按流體和管道條件在傳感器上游裝過(guò)濾器或氣體分離等保護(hù)裝置,。，若希望能在現(xiàn)場(chǎng)在線校準(zhǔn)儀表,，應(yīng)考慮引流連接口和閥,，以及相應(yīng)的空間。

      7.2 流量傳感器安裝姿勢(shì)和位置

      流量傳感器測(cè)量管內(nèi)殘留固形物,、結(jié)垢,、潴留氣體等均將影響測(cè)量精度。一般說(shuō)裝于自下面下而上流動(dòng)的垂直管道較為理想,；但對(duì)于非直形測(cè)量管CMF裝在垂直管道還是水平管上,。取決于管道振動(dòng)狀況和應(yīng)用條件。

      安裝位置必須使測(cè)量管內(nèi)充滿(mǎn)液體,，列如例如水平管道上流體流過(guò)CMF后直接放如入容器而無(wú)背壓,，測(cè)量管往往不能充滿(mǎn)，會(huì)使輸出信號(hào)激烈波動(dòng),。

      7.3 截止閥和控制閥的安裝

      為使調(diào)零時(shí)沒(méi)有流動(dòng),，CMF上下游設(shè)置截止閥，并保證無(wú)泄漏,?？刂崎y應(yīng)裝在CMF下游，CMF保持盡可能高的靜壓,，以防止發(fā)生氣蝕和閃蒸（fIashing）,。

      7.4 脈動(dòng)和振動(dòng)

      為勿使流程中發(fā)生的和外部的機(jī)械振動(dòng)影響CMF，向制造廠詢(xún)問(wèn)所提供CMF的共振頻率范圍,，以判斷現(xiàn)場(chǎng)脈動(dòng)或振動(dòng)頻率是否接近CMF的共振頻率,。亦可向制造廠提供現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)狀況咨詢(xún)是否需要采取下列措施，如:1）設(shè)置脈動(dòng)衰減器,，2）設(shè)置振動(dòng)衰減器或柔性連接管,，3）特殊的流量傳感器的夾裝固定設(shè)備，等等,。

      7.5 防止CMF間相互影響

      同一型號(hào)兩臺(tái)CMF串聯(lián)安裝,，或多臺(tái)CMF接近地并行（或并聯(lián)）安裝,，尤其裝在同一支撐臺(tái)架時(shí)，測(cè)量管振動(dòng)會(huì)使各CMF間相互影響,，產(chǎn)生干擾而引起異常振動(dòng),，嚴(yán)重時(shí)使儀表無(wú)法工作。安裝時(shí)應(yīng)采取防范措施,，如,；向制造廠提出錯(cuò)開(kāi)接近儀表的共振頻率值；拉開(kāi)流量傳感器距離,，不設(shè)置在同一臺(tái)架上,，獨(dú)立設(shè)置支撐架；流量傳感器異方向安裝,；流量傳感器間設(shè)置防振材料隔離等方法,。

      7.6 管道應(yīng)力和扭曲

      CMF 法蘭與管道法蘭連接旋緊螺栓時(shí)要均勻，勿使CMF產(chǎn)生應(yīng)力（列如例如管道兩法蘭平面不平行所致）,。若在布設(shè)管道時(shí)預(yù)接入與CMF同樣長(zhǎng)度的短管,，可防止不良布管形成的應(yīng)力。在使用過(guò)程中由于工藝流程壓力和溫度變化,，CMF會(huì)受到管線軸向力或彎曲/扭曲力,。影響測(cè)量性能，要做好必要的固定支架,。

      7.7 強(qiáng)磨蝕性漿液的使用

      前文提到測(cè)量強(qiáng)磨蝕性漿液選用直管單管型并且要使測(cè)量管處于垂直位置,，以免管壁磨損不勻，縮短使用壽命,。然而管壁厚度變薄會(huì)降低測(cè)量管鋼剛性而改變流量測(cè)量值,，因此在這種場(chǎng)所的運(yùn)行初期要定期檢測(cè)，確認(rèn)使用周期,。

      測(cè)量管內(nèi)壁結(jié)構(gòu)結(jié)垢或漂移沉積也會(huì)影響測(cè)量度,，因此要定期清洗。

      7.8 零點(diǎn)漂移和調(diào)零

      零點(diǎn)漂移來(lái)自流量傳感器部分,，主要原因有,；1）機(jī)械振動(dòng)的非對(duì)稱(chēng)性和衰減；2）流體的密度粘度變化,，影響前者的因素有,；a) 管端固定應(yīng)力的影響； b)振動(dòng)管鋼剛度的變化,；c)雙管諧振頻率不一致性,；d)管壁材料的內(nèi)衰減。后者影響零位的原因是結(jié)構(gòu)不平蘅,，因此即使在空管時(shí)將雙管的諧振頻率調(diào)整一致,，到充滿(mǎn)液體時(shí)可能產(chǎn)生零漂,，同樣因粘度引起的振動(dòng)衰減與頻率有關(guān)，在流動(dòng)時(shí)亦可能產(chǎn)生零漂,。

      zui后調(diào)零必須在安裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行,，流量傳感器排盡氣體，充滿(mǎn)待測(cè)流體后在再關(guān)閉傳感器上下游閥門(mén),，在接近工作溫度的條件下調(diào)零,。安裝方面變動(dòng)或溫度大幅度變化時(shí)需要重新調(diào)整。