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新聞詳情
動(dòng)態(tài)零點(diǎn)整定法解污水電磁流量計(jì)綜合誤差技巧一、智能電磁流量計(jì)工作原理 智能電磁流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱“智能電磁流量計(jì)”）是一種測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定可靠的流量測(cè)量?jī)x表，與速度式流量計(jì)和體積式流量計(jì)相比，它可以直接測(cè)量流體的質(zhì)量流量，減少了體積轉(zhuǎn)質(zhì)量的繁雜換算過程。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，智能電磁流量計(jì)越來越廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量和貿(mào)易結(jié)算。目前，用于貿(mào)易結(jié)算的智能電磁流量計(jì)主要有艾默生、E+H（恩德斯·豪斯，簡(jiǎn)稱“E+H”）、科隆等世界著名公司的產(chǎn)品，國(guó)產(chǎn)品牌也如雨后春筍，發(fā)展勢(shì)頭迅猛，大量應(yīng)用于企業(yè)內(nèi)部計(jì)量。很多人會(huì)認(rèn)為，智能電磁流量計(jì)測(cè)量的是質(zhì)量流量，其測(cè)量精度與被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力無關(guān)，其實(shí)這種看法并不科學(xué)。 當(dāng)一根管子繞著原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)時(shí)，讓一個(gè)質(zhì)點(diǎn)從原點(diǎn)通過管子向外端流動(dòng)，即質(zhì)點(diǎn)的線速度由零逐漸加大，也就是說質(zhì)點(diǎn)被賦予能量，隨之產(chǎn)生的反作用力將使管子的旋轉(zhuǎn)速度減緩，即管子運(yùn)動(dòng)發(fā)生滯后；相反，讓一個(gè)質(zhì)點(diǎn)從外端通過管子向原點(diǎn)流動(dòng)，即質(zhì)點(diǎn)的線速度由大逐漸減小趨向于零，也就是說質(zhì)點(diǎn)的能量被釋放出來，隨之產(chǎn)生的反作用力將使管子的旋轉(zhuǎn)速度加快，即管子運(yùn)動(dòng)發(fā)生超前。這種能使旋轉(zhuǎn)的管子運(yùn)動(dòng)速度發(fā)生超前或滯后的力就稱為科里奧利力（簡(jiǎn)稱“科氏力”）。 將繞著同一根軸線以同相位旋轉(zhuǎn)的兩根相同的管子外端用同樣的管子連接起來形成一條U形管。當(dāng)管子內(nèi)沒有質(zhì)點(diǎn)流過時(shí)，連接管與軸是平行的；而當(dāng)管子內(nèi)有質(zhì)點(diǎn)流過時(shí)，由于科氏力的作用，兩根旋轉(zhuǎn)管發(fā)生相位差，連接管就不再與軸平行?？偠灾?，管子的相位差大小取決于管子變形的大小，而管子變形的大小僅僅取決于流經(jīng)管子的流體質(zhì)量的大小。這就是利用科氏力測(cè)量質(zhì)量流量工作原理的理論基礎(chǔ)。 二、影響智能電磁流量計(jì)測(cè)量精度的因素 影響智能電磁流量計(jì)測(cè)量精度的因素有很多，除了流量計(jì)本身設(shè)計(jì)和制造方面的因素外，智能電磁流量計(jì)的安裝條件、操作參數(shù)及運(yùn)行環(huán)境等也會(huì)產(chǎn)生不容忽視的誤差，如安裝連接產(chǎn)生的應(yīng)力、工作環(huán)境中強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)、工藝介質(zhì)溫度過高以及工作壓力遠(yuǎn)高于檢定壓力等，都會(huì)直接影響智能電磁流量計(jì)的測(cè)量精度。 （一）安裝應(yīng)力的影響及修正流經(jīng)測(cè)量管的流體引起測(cè)量管扭曲，其扭曲程度與質(zhì)量流量大小成正比。如流量計(jì)外部安裝存在應(yīng)力，會(huì)直接疊加于測(cè)量管上，影響其扭曲程度，顯然測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性無法保證。因此，要規(guī)范儀表安裝，消除應(yīng)力。安裝時(shí)將直管先固定在支撐架上，裝上流量計(jì)的連接件，將直管按規(guī)定的長(zhǎng)度割開，將流量計(jì)無應(yīng)力吊裝焊接；或?qū)⒐に嚬艿琅c法蘭正確對(duì)準(zhǔn)，保持同軸同心以減小應(yīng)力，并設(shè)置固定支撐架，避免儀表在較長(zhǎng)管線上振動(dòng)。支撐架應(yīng)安裝在儀表兩端法蘭外的管線上，如果直接支撐于儀表本身，會(huì)影響其振動(dòng)程度，振蕩時(shí)產(chǎn)生的相位差就會(huì)引起測(cè)量偏差，從而影響測(cè)量結(jié)果，尤其對(duì)大口徑流量計(jì)，因其振動(dòng)幅度大，后果更嚴(yán)重。 （二）機(jī)械振動(dòng)的影響及修正從智能電磁流量計(jì)的工作原理可知，它是基于振動(dòng)的原理進(jìn)行測(cè)量的儀表，而外界的機(jī)械振動(dòng)所產(chǎn)生的諧振波勢(shì)必會(huì)干擾儀表自有的振動(dòng)幅度和頻率，影響測(cè)量的精度，嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)損壞儀表。為消除機(jī)械振動(dòng)對(duì)儀表精度造成的影響，應(yīng)在安裝和使用維護(hù)方面加以注意。安裝的地點(diǎn)應(yīng)盡量選擇在沒有機(jī)械振動(dòng)的地方，遠(yuǎn)離泵房、機(jī)組等振動(dòng)源；加強(qiáng)工藝管道的固定及支撐，避免機(jī)械振動(dòng)通過管道作用于智能電磁流量計(jì)傳感器而產(chǎn)生干擾，引起異常振動(dòng)，影響儀表正常工作。對(duì)于較短時(shí)間內(nèi)或較弱的振動(dòng)，則可通過增加流量計(jì)阻尼系數(shù)來進(jìn)行修正。阻尼系數(shù)可以通過專用的通信器修改。 （三）工藝介質(zhì)溫度的影響及修正工藝介質(zhì)溫度的變化會(huì)引起介質(zhì)體積的變化，但不會(huì)影響質(zhì)量測(cè)量，因?yàn)闊o論溫度如何變化質(zhì)量總是守恒的。但從材料力學(xué)的角度考慮，溫度的變化會(huì)影響測(cè)量管剛性與零點(diǎn)穩(wěn)定度，從而影響智能電磁流量計(jì)的測(cè)量精度。溫度的變化對(duì)測(cè)量管剛度的改變?cè)谟冢寒?dāng)溫度升高時(shí)，測(cè)量管的材質(zhì)會(huì)變軟，反之則變硬，科氏力產(chǎn)生的扭曲量也因此受影響。但測(cè)量管剛性具有重復(fù)性且可修復(fù)，一般智能電磁流量計(jì)的傳感器內(nèi)都安裝有RTD（電阻溫度探測(cè)器，簡(jiǎn)稱熱電阻）溫度傳感器，可進(jìn)行溫度測(cè)量并進(jìn)行溫度補(bǔ)償。但溫度變化對(duì)零點(diǎn)穩(wěn)定度的影響卻會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加誤差，且是非重復(fù)性的。這是由傳感器的材質(zhì)和幾何結(jié)構(gòu)的不均衡造成的。傳感器的零點(diǎn)不穩(wěn)定是由于介質(zhì)溫度與調(diào)零溫度不一致時(shí)可能發(fā)生的最大偏移造成的。在介質(zhì)溫度與調(diào)零溫度有較大差別時(shí)，誤差較為顯著。因此，為了減小溫度對(duì)零點(diǎn)穩(wěn)定度的影響，可以通過智能電磁流量計(jì)在工藝溫度下調(diào)零來實(shí)現(xiàn)。 （四）工作壓力的影響及修正 工作壓力的變化與溫度的變化一樣，也會(huì)引起測(cè)量管剛度的改變。當(dāng)介質(zhì)壓力升高時(shí)，傳感器測(cè)量管材質(zhì)變硬。壓力改變引起傳感器彈性變差和結(jié)構(gòu)尺寸的改變，從而影響了智能電磁流量計(jì)的儀表常數(shù)。因此，測(cè)量管的材料和幾何尺寸決定著壓力對(duì)傳感器影響的大小，測(cè)量管口徑越大，影響越大。 壓力對(duì)智能電磁流量計(jì)的影響不僅是介質(zhì)壓力的波動(dòng)對(duì)智能電磁流量計(jì)的影響，更為突出的是工作壓力與標(biāo)定壓力的較大偏差而造成的影響。目前流量計(jì)標(biāo)定站的標(biāo)定壓力一般設(shè)定在0.3MPa左右，但是智能電磁流量計(jì)一般安裝于供方的輸油泵出口，實(shí)際工作壓力遠(yuǎn)高于標(biāo)定壓力。當(dāng)工作壓力高于標(biāo)定壓力時(shí)，傳感器測(cè)量管剛度的輕微變化會(huì)導(dǎo)致流量測(cè)量值產(chǎn)生一個(gè)負(fù)向偏差，其幅度與測(cè)量管的厚度與外徑比有一定的關(guān)系，比值高影響小，比值低則影響大。 某計(jì)量測(cè)試中心曾采用試驗(yàn)的方法測(cè)試出壓力變化對(duì)儀表測(cè)量精度的影響程度。具體方法是利用體積管流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)一臺(tái)智能電磁流量計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)，按照正常的檢定操作規(guī)程安裝好智能電磁流量計(jì)，設(shè)定好檢定壓力，調(diào)整好智能電磁流量計(jì)零點(diǎn)后進(jìn)行標(biāo)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)行標(biāo)定操作，直到完成所有壓力點(diǎn)的測(cè)試。對(duì)同一臺(tái)智能電磁流量計(jì)在不同壓力下進(jìn)行測(cè)試，壓力越大，相對(duì)誤差越大，且誤差為負(fù)數(shù)，表明流量顯示值偏小。從上面的分析可以看出：壓力對(duì)智能電磁流量計(jì)測(cè)量值的影響是確實(shí)存在的，因此有必要加以修正。儀表廠家在制造智能電磁流量計(jì)時(shí)，已考慮到壓力對(duì)測(cè)量精度的影響，通過增加測(cè)量管的壁厚來降低壓力對(duì)測(cè)量精度的影響，但增加壁厚會(huì)降低扭曲靈敏度，而扭曲靈敏度的降低會(huì)降低測(cè)量精度，所以為了確保測(cè)量精度，測(cè)量管直徑和壁厚應(yīng)保持在一個(gè)最佳比例。廠商無法在制造時(shí)進(jìn)行更多的技術(shù)改進(jìn)來消除工作壓力對(duì)測(cè)量精度的影響，要消除這種影響，還要在使用過程中進(jìn)行修正。方法之一是由供需雙方約定一個(gè)平均壓力，計(jì)算出補(bǔ)償后的流量系數(shù)，重新在變送器中組態(tài)，或根據(jù)流量系數(shù)的變化確定一個(gè)平均流量系數(shù)直接對(duì)流量計(jì)結(jié)果進(jìn)行修正，這在壓力波動(dòng)不大的情況下是可以采用的。但是較科學(xué)和準(zhǔn)確的辦法是在計(jì)量點(diǎn)配備壓力變送器，將壓力變送器測(cè)得的信號(hào)引入智能電磁流量計(jì)變送器中，由智能電磁流量計(jì)根據(jù)接收到的信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)壓力補(bǔ)償。 三、動(dòng)態(tài)零點(diǎn)整定法 上面所述的方法并不是最簡(jiǎn)單的途徑，因?yàn)槠骄鶋毫﹄m然容易得到，但是計(jì)算補(bǔ)償后的流量系數(shù)并非易事。市場(chǎng)品牌不一，產(chǎn)品系列多樣，智能化程度參差不齊，很難實(shí)現(xiàn)量化，只有通過反復(fù)試驗(yàn)和計(jì)算才能得到最科學(xué)的數(shù)據(jù)，工作量很大；配備壓力變送器進(jìn)行補(bǔ)償，既增加了投入，又增加了維護(hù)及檢定等工作量，有的品牌不一定有此技術(shù)功能，即便是有此功能，廠家也必須提供補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型。其實(shí)一臺(tái)流量計(jì)安裝到現(xiàn)場(chǎng)后，其工作條件（壓力、溫度、應(yīng)力等）是基本不變的，即便是在油庫(kù)裝車系統(tǒng)，也會(huì)在管路中設(shè)計(jì)壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置；另外，《智能電磁流量計(jì)檢定規(guī)程》（JJG 1038—2008）中并未涉及智能電磁流量計(jì)壓力修正的問題，故最科學(xué)且具有操作性的方法就是動(dòng)態(tài)零點(diǎn)整定法。 一臺(tái)智能電磁流量計(jì)自檢定完安裝至現(xiàn)場(chǎng)后，與檢定條件相比，其所受應(yīng)力、介質(zhì)溫度、介質(zhì)壓力都與檢定條件大有不同。但當(dāng)智能電磁流量計(jì)投運(yùn)后正常工作時(shí)，溫度、壓力等參數(shù)基本恒定，細(xì)微的變化可以忽略不計(jì)。當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)后，保持壓力穩(wěn)定，溫度恒定，停泵使表體內(nèi)充滿介質(zhì)且完全靜止，此時(shí)進(jìn)行智能電磁流量計(jì)零點(diǎn)整定，可以消除所有外在的因素對(duì)其測(cè)量精度的影響。如工作條件變化，只需在變化后的條件下再進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定即可，即只要條件變化，就在對(duì)應(yīng)工況下進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定。 四、實(shí)例 例一：上海自儀公司航煤外輸智能電磁流量計(jì)為艾默生CMF400型，精度為0.1%，生產(chǎn)日期為1998年2月。西北國(guó)家計(jì)量測(cè)試中心檢定工況為：壓力0.3MPa，溫度20℃，介質(zhì)為水；智能電磁流量計(jì)實(shí)際工作壓力1.6MPa，溫度18℃，測(cè)量介質(zhì)為航煤。零點(diǎn)標(biāo)定前、后數(shù)據(jù)對(duì)比見表1、表2。  例二：我公司93 # 汽油外輸智能電磁流量計(jì)為艾默生DS600型，精度為0.1%，生產(chǎn)日期為2004年6月。西北國(guó)家計(jì)量測(cè)試中心檢定工況為：壓力0.3MPa，溫度20℃，介質(zhì)為水；智能電磁流量計(jì)實(shí)際工作壓力0.6MPa，溫度18℃，測(cè)量介質(zhì)為汽油。零點(diǎn)標(biāo)定前、后數(shù)據(jù)對(duì)比見表3、表4。   五、結(jié)論 針對(duì)智能電磁流量計(jì)檢定與實(shí)際工作條件的不同，實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)場(chǎng)安裝條件的差異，冬季與夏季工作環(huán)境氣溫的變化等影響智能電磁流量計(jì)測(cè)量精度的諸多因素，利用動(dòng)態(tài)零點(diǎn)整定法，可以很好地解決實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中所遇到的智能電磁流量計(jì)計(jì)量不準(zhǔn)的問題。
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