介质压力变化对质量流量计准确度的影响

工业・生产　ＰＥＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　石化技术，２０１４，２１（４）：４０　介质压力变化对质量流量计准确度的影响　王欢　（中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司，北京市１０２５００）　摘要：通过对质量流量计的原理及相关实验数据的分析，研究了介质压力对质量流量计准确度的影响。介　质压力变化可导致质量流量计计量管的形变，使计量管的横截面积、长度等发生变化，从而影响质量流量计的准确　度。指出了介质压力对质量流量计准确度的影响与质量流量计计量管的材质有关。并从计量检定和现场测量这两方　面，提出了如何消除介质压力对质量流量计准确度影响的建议。　关键词：　流量计量介质压力变化质量流量计准确度　随着流量计量的不断发展，质量流量计凭借　理来看（见图１）：在管道中有质量为ｍ的质点以　它的准确度高、可测量介质种类多、不易受外界因　速度　流动，同时将此管段置于旋转的系统中，旋　素影响等优点，在流量计量中的应用越来越广泛，　很多企业间的贸易交接都在用质量流量计来进行　计量。随着质量流量计在各种重要领域的更广泛　应用，为了提高质量流量计的准确度，行业内对能　够影响质量流量计准确度的各种因素的研究也越　转角速度为　，旋转半径为ｒ。这时这个质点将获　得两个方向的加速度，分别是ｏ／　（大小为ｏＪＳ－，方向　指向Ｐ轴）以及ＯＬ　（大小为　，方向与Ｏ／　垂直），　其中Ｏ／　即为科里奥利加速度。由于管内流体质点　在轴向以速度　、在径向以角速度∞运动，为了使　来越深入，其中介质压力变化的影响一直是争论　的焦点。　质点ｍ具有ｏ／　，需在其相同的方向上加一个大小　为２ｏｖｍ的来自管壁的力。而根据力的相互性原　则，流体ｍ反作用于管道上的力就是流体施加在　管道上的科里奥利力（２ｏ￣ｖｍ）方向与Ｏ／　相反。　目前介质压力对质量流量计准确度的影响越　来越多的被行业所认同，但是由于质量流量计的　种类繁多，结构材质都不尽相同，并且缺乏大量的　数据做支撑，因此这种影响还没有被系统的整理，　没有权威的发布。本文分析了介质压力对质量流　量计准确度的影响，并从计量检定和现场测量两　个方面，对质量流量计在实际工作中的应用提出　了一　建议。　图１科里奥利力的产生原理　１质量流量计的原理分析　注：ＡＸ为管道的任一长度；ａＦｏ为科里奥利力；ｒ为ｍ的旋转半径。　科里奥利质量流量计一般称质量流量计，由　根据上述理论可以得出，当密度为Ｐ的流体　传感器和变送器组成，其中传感器主要由振动管、　以恒定流速　沿以角速度∞旋转的管道流动时，　驱动部件等构成＿１Ｊ，流体在其传感器（振动管）中能　产生科里奥利力，并且产生的科里奥利力与流体　的质量流量成正比，质量流量计就是利用该原理　进行测量。　一任一长度为３ｉｒ的管道将受到一个大小为△　的　收稿日期：２０１４—０７—０７。　修改稿收到日期：２０１４—０９—０１。　作者简介：王欢，工程师，２００６年毕业于兰州理工大学自　直以来测量介质压力对质量流量计测量结　动化专业，现从事计量检定技术工作。联系电话：０１０—　８１３３６２５１；Ｅ—ｍａｉｌ：ｗａｎｇｈｕａｎ．ｙｓｓｈ＠ｓｉｎｏｐｅｃ．ｃｏｒｎ。　果的影响都是争论的焦点，仅从质量流量计的原　王欢．介质压力变化对质量流量计准确度的影响　切向科里奥利力闭，见式（１）和式（２）：　△　＝２ｔｏｖｍ　（１）　ｍ＝　（２）　式中：△　为科里奥利力；ｏＪ为角速度；　为旋转系　统中的径向速度；ｍ为运动体的质量；Ａ为管道截　面积。　由式（１）和式（２）可以得到：△　＝　，由于　质量流量（ｇＩＴＪ　，则ＡＦｏ＝２ｚｏｑ　，ｑ　；△　２　。　因此，直接或间接测量在旋转管道中流动的　流体所产生的科里奥利力就可以测得质量流量团。　这就是科里奥利质量流量计的基本原理。　根据质量流量计的原理得出结论：质量流量　计的测量结果只与科里奥利力、角速度、管道的长　度有关，可假设在管道的物理性质不发生变化的　情况下，介质压力的变化不会影响质量流量计的　准确度。但是在实际使用中，随着管道内介质的压　力变化，管道的长度，横截面积等都会发生变化，　进而影响到质量流量计的测量结果。在实际应用　中，当介质压力变化达到一定程度时，会很容易发　现其对质量流量计准确度的影响。　２实验数据分析　为证明上述观点进行了实验：选用一台质量　流量计，其型号为ｃＭＦ２ｏ０Ｍ４１９ＮＡｃｕＭｚｚｚ，仪表　口径为ＤＮ５０，流量范围为８～４０　，在３５．５　ｔ／ｈ这　个流量点，同时其他检定条件不变的情况下，采用　不同介质压力分别进行一组（１Ｏ个）的重复性实　验，采用标准装置，即静态质量法水流量标准装　置，扩展不确定度为±０．０５％，置信因子为２，实验　结果见表１和表２。　表１介质压力为０．４５　ＭＰａ的实验数据　由表１和表２可以看出，两次测量过程除介　质压力不同外（分别是０．４５　ＭＰａ和０．２４　ＭＰａ），其　・４１・　表２介质压力为０．２４　ＭＰａ的实验数据　他测量条件基本相同。对两次测量结果进行对比　分析发现，当介质压力升高时，质量流量计的基本　误差也会随之变化。在本次实验中随着介质压力　升高质量流量计各测量点的基本误差也随之增　大。介质压力分别为０．２４　ＭＰａ和０．４５　ＭＰａ时，两　次测量结果的算术平均值相差０．０１６％。由此可　见，介质压力的增大对质量流量计的基本误差造　成了影响。　３实际工作中的几点建议　３．１如何降低介质压力在质量流量计检定中的　影响　既然介质压力变化会对质量流量计的准确度　造成影响，那么在检定过程中，如何得到稳定的测　量介质，对于质量流量计的检定来说就显得尤为　重要。目前国内广泛采用的稳压措施有以下几种：　水塔式（分为变水头、衡水头），稳压容器式，调频　式。这些方法各有优缺点，具体见表３。　表３流量检定装置的３种稳压方式的优缺点　由表３看出，稳压效果最好的是水塔式，但此　方法需要的建设成本高，不节能。比较起来，稳定　性：水塔式＞调频式＞稳压容器式；装置建设成本：　水塔式＞调频式＞稳压容器式；节能效果：调频式＞　水塔式＝稳压容器式。　综合考虑，在资金场地有限制的前提下，可以　・４２・　石化技术２０１４年第２１卷第４期　采用调频配合稳压容器的方法。　为降低介质压力对质量流量计在实际应用中　的影响，在检定质量流量计时，要充分了解被检质　流量计的压力修正应该设置密码防止被滥用。　在一般的应用中，通过压力修正系数就可以　满足现场要求，但是在计量贸易交接等重要领域　中，要消除介质压力对质量流量计的影响，应该做　到以下两点：１）尽可能的保证质量流量计的介质　量流量计在现场的实际使用条件，尽可能的复现　现场介质的压力。虽然目前文献［１】对于测量介质　压力还没有明确的规定，但是为了确保质量流量　压力稳定在一个不变的数值，避免介质压力波动；　２）在质量流量计检定时，在条件允许的情况下，应　要求检定部门尽量在质量流量计的工作压力下进　行检定。　事实上介质压力变化会对质量流量计的测量　管直接造成的影响，介质压力变化使质量流量计　的测量管发生了形变，从而影响质量流量计的测　计的检定准确度，建议实施检定的部门应该询问　送检单位所送检的质量流量计在现场使用的工况　压力，并根据实际工况压力调节检定时的介质压　力，在接近工况压力下检定质量流量计可以很大　程度上消除由于检定压力和工况压力不同所造成　的误差。　３．２如何降低介质压力在质量流量计现场测量　中的影响　量结果。这种变化与’坝４量管的材质有关，材质“硬”　则压力变化对测量结果影响小，材质相对较“软”　则影响大　４结语　在质量流量计的现场应用中，由于运行环境　复杂多变，介质压力变化对质量流量计准确度的　影响可能会更大，如：在现场测量时管道中介质的　实际压力可能是检定时的１０倍或者更高，在这种　综上所述，介质压力变化使质量流量计测量　管产生不可知的形变，从而造成质量流量计计量　管截面积、长度发生变化，进而会对质量流量计测　量结果产生不同程度的影响。介质压力对质量流　情况下质量流量计的准确度很难得到保证。为了　减少测量现场与质量流量计检定时的介质压力差　造成的误差，很多质量流量计的厂家也发布了自　己产品的压力修正系数，但是由于质量流量计出　量计的测量结果的影响会随计量管材质变化而变　化，不能一概而论。　参考文献　厂的批次不同，造成了测量管的材质硬度等的不　同，这种不同造成了质量流量计对介质压力变化　的敏感性也不尽相同，因此通过压力修正系数很　难对质量流量计进行精确地修正。尤其要注意的　是：压力修正应基于大量权威的实验数据下进行，　并且应该由利益相关的各方同意并监督下进行，　贸易交接的质量流量计的压力修正最好要在主管　部门的监督和生产厂家的配合下进行，同时质量　［１］苏彦勋，梁国伟，盛健．流量计计量与测试［Ｍ］．北京：中国　计量出版社，２００７：２０７．　［２］段慧明，邵熙．ＪＪＧ　１０３８－－２００８科里奥利质量流量计［Ｍ］．　北京：中国计量出版社，２００８：２．　（编辑：刘敏）　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｍｅｄｉｕｍ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｃｈａｎｇｅ　ｏｎ　Ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　Ｍａｓｓ　Ｆｌｏｗ　Ｍｅｔｅｒ　Ｗａｎｇ　Ｈｕａｎ　（Ｂｅｒｉｎｇ　Ｙａｎｓｈａｎ　Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，ＳＩＮＯＰＥＣ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０２５００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｍｅｄｉｕｍ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｏｎ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｍａｓｓ　ｆｌｏｗ　ｍｅｔｅｒ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｍａｓｓ　ｆｌｏｗ　ｍｅｔｅｒ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄａｔａ．Ｉｔ　ｗａｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍｅｄｉｕｍ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｗｏｕｌｄ　ｌｅａｄ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｍａｓｓ　ｆｌｏｗ　ｍｅｔｅｒ，ｗｈｉｃｈ　ｍａｋｅ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｔｏ　ｃｒｏｓｓ　ｓｅｃｔｉｏｎａｌ　ａｒｅａ　ａｎｄ　ｌｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｅｔｅｒ　ａｎｄ　ａｆｆｅｃｔ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｅｔｅｒ．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｍｅｄｉｕｍ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｏｎ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｗａｓ　ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｓｓ　ｆｌｏｗ　ｍｅｔｅｒ．Ｉｔ　ｗａｓ　ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ　ｔｈｅ　ｗａｙ　ｔｏ　ｅｌｉｍｉｎａｔｅ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｆｒｏｍ　ｍｅｔｒｏｌｏｇｉｃａｌ　ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｆｉｎａｌｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｌｏｗ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｍｅｄｉｕｍ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃｈａｎｇｅ；ｍａｓｓ　ｆｌｏｗ　ｍｅｔｅｒ；ａｃｃｕｒａｃｙ