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燃油流量计压力影响实验分析
点击次数:495 发布时间:2014-12-23

0、引言
燃油流量计用于封闭管道中流体流量的测量, 可得到流体的质量流量及质量总量、体积流量及体积总量、密度、温度。在近年来的大量应用中, 发现测量介质物理参量的变化对其测量精度具有一定的影响。很多工况下, 介质的工作压力小于1 MPa, 压力对流量的影响很小;而当工作压力上升时, 压力会对流量测量产生偏差。
1、燃油流量计简述
目前, 燃油流量计在市场上有多家产品,国外的有美国的MicroMotion和德国的E+H、KROHNE、SIEMENS, 国内的有太原航空仪表有限公司等。
与其它直接式质量流量测量相比, 燃油流量计CMF(coriolismassflowmeters)因其独特的测量原理而具有许多突出优点:① 测量范围大、精度高, 一般量程比为1∶20, 典
型流量测量准确度为±0.2%, 精度高达±0.1%;② 测量管内无零部件, 稳定性好, 不会因管内零部件的磨损而降低测量精度, 可测量高粘度流体与含固体颗粒的流体;③ 对流场敏感度低, 对被测流体的温度、压力、粘度等参数敏感度低, 受流场和流体参数的影响小;④ 为多功能仪表, 可同时测量流体密度、温度、两种液体组成的混合流体的比例等。
2、压力影响的认识
ISO10790∶1994版对压力影响的表达是:静态压力的变化可能影响传感器的性能, 但影响很小, 所以一般不采取补救措施;1999版对压力有了新的认识:静态压力的变化能影响传感器的性能, 其影响的程度,制造商应当说明, 除了一些需要测量的应用一般不需补偿, 对于需要测量的应用, 在设计和制造时应考虑压力补偿。随着燃油流量计的实践应用, 不断有人提到流体压力对流量测量有一些影响, 并相继有用户拿出试验数据支持这些观点。如中石化天津分公司大流量标定中心、中石化安庆分公司计量中心、意大利的.Cascetta相继有试验报告见诸报道。中石化天津分公司大流量标定中心利用自己的标定设备和燃油流量计进行了压力对仪表计量影响的试验。试验表明, DS300 流量计的工作压力每升高0.1 MPa, 流量计会产生-0.12% ~ -0.17%的附加误差。即当工作压力高于检定压力时, 每高出0.1 MPa,流量计会产生约为-0.15%的附加误差;而当工作压力低于检定压力时, 每低0.1 MPa, 流量计会产生约为+0.15%的附加误差, 与实验数据、仪表制造商的数据(-0.13%/0.1 MPa)基本一致。
3、压力实验分析
试验产品选用太航的LZL-3-30 /8-220, 其振管的几何尺寸为Υ7.5 ×0.6。
3.1 静态压力试验
压力试验设备zui高压力可达到40 MPa。传感器和变送器接线通电工作正常, 传感器内充满水后开始压力试验。试验数据如表1所示。

如表1所示, 压力在0 ~ 2 MPa时, 传感器振动频率、C1 及密度值保持不变;当压力大于2 MPa时, 传感器振动频率、C1 及密度值都发生变化。根据燃油流量计算公式得:
Qm =α×(C1 -C0 )×ktemp ×ku
式中:Qm 为质量流量, kg/min或t/h;C0 、C1 为信号计数值;α, Ktemp, Ku为仪表标定系数和修正系数。
在不考虑其它因素下, C1 直接影响流量Qm。在工作压力小于2.0 MPa时, C1 对流量测量精度影响很小,可不考虑压力对测量的影响;工作压力大于2 MPa时,传感器振动频率和C1 及密度值发生变化, C1 值变化直接影响到流量计的测量精度, C2 值影响产品稳定性。
C0 、C1 的值在流量范围内大约在500 ~ 2000,当C1 变化1个字,对流量测量的影响大概为1/500 ~ 1/2 000, 即0.002 ~ 0.000 5, 说明在同一压力下, 在标称流量的上端和下端, 压力对流量测量的影响是不同的。
再选一台太航生产的型号为LZL-3-30/1020燃油流量计, 在工作压力大于2 MPa的条件下进行压力试验, 试验数据如表2所示。

由表2数据可以看出, 表2所示数据和表1数据趋势一致, 频率和密度都随压力变化而变化。
有流量时:
Δt=H-I (2)
计算流量:Qm =α×(Δt-Δt0 )×Ktemp ×Ku (3)
式中:Qm为质量流量;H, I, Δt为信号计数值;Δt0 为零流量Δt计数值, 其它同上。由表2数据分析看出, Δt0 随压力增加而增大, 即压力对传感器的零点产生一个固定的偏向;由式(3)得出流量值Qm 会减小, 带来一负向误差。因此压力增加, 振管的等效刚度增加, 频率变化,理论分析频率增大, 但实测减小;在静态下的零位也会发生漂移, 这对流量测量的误差影响较大。如果在动态应用中, 压力不稳, 频率不稳, 必然造成相位差不稳, 从而造成流量测量误差的不稳和零点漂移的不稳, zui终使流量测量的精度降低。
3.2 不同流体压力动态测量
为验证压力对CMF精度的影响, 我们对太航公司生产的LZL-3-30/8做了不同压力下的流量测量实验。设置测量工作压力为0.5 MPa和22 ~ 25 MPa, 进行标定测量, 分别就水流量和高压流量进行测量, 其结果分别如表3、表4所示。
由表3、表4显示的数据可以看出, 工作压力由0.5 MPa变化到25 MPa时, 仪表系数由2 291调整到2 315, 引起-0.010 47的相对误差, 即工作压力上升对测量结果的影响是负误差。
其次改变传感器的振管壁厚, 分别在同一压力不同流量状态下和不同压力不同流量状态下进行对比测量, LZL-3-30/1020水流量以及高压流量测量数据如表5、表6所示。
由表5、表6看出, 工作压力上升为23 MPa时, 引起误差-0.005, 仪表系数由150 105调整到150 478,即工作压力上升对测量的影响也是负误差。
在科氏力燃油流量计中, 压力对流量测量是有影响的, 当工作压力上升时, 振动管刚度变化引起频率的变化, 对测量精度产生负向偏差, 反之则产生正向偏差。
传感器的振管的几何形状、外径、管壁厚度对压力敏感度有很强的影响。zui佳传感器设计就是在振管的几何结构、压力效应和流量测量灵敏度等诸多因素进行综合考虑。
通过对太航LZL-3-30燃油流量计进行压力试验,可得出以下结论:
① 流体压力小于2 MPa, 压力对流量测量的影响较小, 可以不考虑压力影响;

② 流体压力大于2MPa, 压力对流量测量有影响, 通过压力修正进行补偿, 满足计量精度:
αF =αF0 (1 -EP(P0 -2))
式中:αF, αF0为压力修正前后仪表流量系数;P0 为管道内介质压力, MPa;EP为压力修正系数, EP由实验计算得到, 对于LZL-3-30

③ 为了保障测量精度, 在现场工艺条件允许下,尽可能在工作压力下进行零校准, 减小因压力变化引起零点波动而带来误差。
本文利用太航设备和试验设施, 以LZL-3-30为研究对象, 对燃油流量计进行压力试验, 分别在0.5 MPa和25 MPa、0.4 MPa和(20~23)MPa下对产品进行了流量测试, 并对燃油流量计在不同介质的情况下, 因工作压力的变化而引起其测量误差的变化进行了对比分析, 给出了修正压力引起的测量误差的模型和方法, 以减小流体介质压力变化而引起的测量误差, 提高燃油流量计的现场应用水平。

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