摘要 随着社会经济的发展、测量技术的多元化，石油行业使用质量流量计作为计量交接的工具越来越普及。本文主要通过科里奥利质量流量计零点分析，从零点的概念、形成、影响、调整、以及应用几个方面探讨如何降低零点误差对质量流量计误差的影响，提高质量流量计的准确度。
关键词： 零点 科里奥利质量流量计 零点误差 准确度
0.引言
成品油是一种会随温度热涨冷缩的介质，尽管油品体积改变但他们的重量却不改变。因此在成品油的对外交接环节均以质量交接为主。传统的重量交接中以油尺测油高，查容积，通过采样观测视温度、视密度获取标准密度，再以标准密度和油温获取体积修正系数，最后求得重量。每一个环节都引入不确定因素，操作环节多，结果叠加的不确定度越大。科里奥利质量流量计以直接测量质量流量为核心的新型测量工具，其直接测量质量流量的特性，使结果的引入不确定因素较小。因此质量流量计在计量交接中地位显得越来越重要。
1.质量流量计结构
如图1，质量流量计传感器主要由：核心处理器、流量管、驱动线圈、检测线圈（左右各一个）、电阻温度检测器（RTD）、保护壳、过程接头组成。
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核心处理器：传感器内的驱动线圈、检测线圈、RTD元件都连接到核心处理器。核心处理器是一个精密电子设备，用于控制传感器、信号测量及处理。核心处理器可执行所需必要运算以获得测量的过程变量值，并将这些值传送至变送器，供控制系统使用。
驱动线圈：与磁铁配合使用，使科里奥利传感器流量管发生振动。经线圈驱动，会使流量管以其谐振频率进行振动。
检测线图：流量管两侧检测线圈及磁铁构成的电磁检测器，电磁检测器会产生一个代表振动管在该位置上正比于流量的信号。
电阻温度检测元件（RTD）：一个PT100的铂电阻温度检测元件，提供流量管温度信号。
2.质量流量计的原理
以双弯管传感器为例说明质量流量计测量原理。介质流入传感器后会被平均分成两部分，流入两根流量管中。在驱动线圈的驱动下使两根流量管向相对方向振动。检测组件（磁铁和线圈）分别安装在两根流量管上，当装有线圈的流量管穿过装有磁铁流量管的匀强磁场时，检测线圈上产生的电压会形成一个正弦波。这个正弦波就代表了一根流量管相对于另一根流量管的运动。振动时，两个检测线圈将持续产生正弦波信号。没有流量时，形成的正弦波相同，相位差为零。当介质通过流量管时，两根流量管的入口侧管和出口侧管都会产生抵抗流量管形变的力。在这个力的作用下，使流量管彼此相对扭曲振动（如图2）。使入口与出口侧检测线圈产生的正弦波出现了不同步现象，两个正弦波出现了时间延迟（即相位差）。相位差与质量流量成正比，科里奥利力越大，产生的相位差越大，质量流量也越大。
3.零点概念和形成
零点是指当流量管中充满了被检测介质处于静止状态时，进、出口两个检测线圈检测到的正弦波相位差，理论上该相位差应为零，但由于a.环境温度影响流量管的刚性变化、b.安装时的水平以及应力作用、c.电磁干扰、d.管线中的两相流、e.长时间使用内管壁材料衰减等因素的干扰，零点无法绝对为零。因此在质量流量计中存在静态零点、活动零点、自动调零、手动调零等方法以消除零点漂移对质量流量计精度的影响。通过质量流量的计算公式来看一下零点的影响。
质量流量计算公式：
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例1：一台质量流量计仪表系数为8245.94.52，零点为-0.0074391μsec，温度为30.0℃，当其有流量经过时，相位差为5μsec，那他的流量是：
M＝8245.9*[5-（-0.0074391）]*（1-4.52%/100*30）
＝40731（克/秒）
通过公式发现：
1)质量测量M值是测量介质经过流量管时的相位差与零位差值获得的。
2)质量流量计与其他容积式流量计、涡轮流量计、涡街流量计不同的是直接测出质量流量，避免了中间环节引入误差的影响。
3)零位值是质量流量计静止时的相位差量，其单位为μsec。
4)温度对质量流量计流量管刚性会有影响。
4.零点的影响
零位值不能绝对为零是由于质量流量计安装不水平产生应力；调零时振动管并非存满；调零时前后阀没关紧，液体没稳定；环境温度影响流量管的刚性；管内壁材料随使用时间衰减影响振动管的频率。这些情况使进、出口检测线圈的实际相位并非完全相同，相位差绝对为零。
由于许多客观因素的存在，如：管内壁材料衰减、环境的温度变化等使零点误差无法避免，通常在质量流量计的调试软件proline中都会设定一个“小流量切除”值，为了使质量流量计零位不发生漂移。这个值通常以常用流量点的0.5%～1%进行设置，当常用流量为100t/h的时，应该设为500kg～1000kg之间，当流量低于小流量切除值，流量计不会走数，当大于该值时，流量计就开始走数。在实际的工作中，这个活动的零点值可以用proline软件进行查看或把“LZERO”参数设置到变送器的显示屏进行查看。在运行中，零点的数值低于小流量切除值流量计需不走数，但零点的误差客观上也叠加到流量计的误差变化中。
5.零点调整
零点的调整有三种方法：a.使用proline软件进行调零（如图3）；b.用HART协议用手操器进行调零；c.使用变送器菜单“offline_menu”--“zero”进行调零操作。
下面以proline2.6进行零点调整介绍，在proline2.6菜单“流量标定”--“手动调零”中显示值0.1661μsec为当前静态零点，在诊断菜单里“活零点”-0.23720t/h为当前工况下的活动零点值，两者是相互对应的，改变静态零点值便会影响活零点。proline调零可以用“执行自动调零”或通过零点公式计算调整后的零点值手动调零。执行自动调零，根据调零时间（通常20Sec～30Sec)，核心处理器通过相位差匹配静态零点值使活零点值尽量靠零范围波动，同时会重复多次匹配以最终的平均值作为调整后的静态零点。参数”标准偏差”便是多次匹配的不确定度，当标准偏差越小代表多次匹配的静态零点越靠近；当标准偏差越大，代表匹配的静态零点越分散。执行自动调零次数一般为3次，以标准偏差值越小，表示匹配静态零点值近集中越靠近零位。这也是质量流量计零点稳定性的一个判断指标。
什么时候需要进行零点调整呢？
a.根据《JJG 1038-2008科里奥利质量流量计检定规程》中检定前准备工作要求：“流量计可达到最大检定流量50%以上运行一段时间，一般不少于10min，然后按使用说明书的要求进行零点调整”。
b.根据多年检定质量流量计的经验，环境温度变热或变冷时（广东地区每年的6月或12月）转夏季或冬季时，质量流量计的零点变化比较明显。这是由于环境温度的变化，影响质量流量计振动管的刚性，使振动频率改变而改变零点的相位差。
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表 1
表1为某油库发车台2019年3月至2020年3月，其中5个台位体积系数调整的状况。可发现，每当6月份天气变热的时候，振动管的刚性较大改变，流量计误差偏正变化，最大误差变化+0.26%；每当12月分天气变冷时，振动管的刚性较大改变，流量计误差偏负变化，最大误差变化-0.30%。同样的，振动管的刚性改变也会使活动零位值改变，因此环境温度变化较大时，应同时对活零点变化较大的质量流量计进行调零处理。
c.质量流量计零点的稳定是相对而非绝对的。检定前调零，是为了在检定的工况下，零点误差对检定误差的不确定度降低。当质量流量计安装至管道上时，由于水平对中，安装应力等各种因素的影响，安装后的工况条件未必与检定时的工况相同，活零点也不一定靠零变化。因此，当安装工艺已安操作说明进行也无法让零点靠零变化，同时超出零点的稳定性范围时，应对安装后工况下的质量流量计进行调零处理 。
6.零点稳定性案例分析
某油库油台在用流量计为艾默生F300系列质量流量计，从2008年投用至今已有十二年之久。质量流量计具有安装位置少、发油速度快、量程宽等优点，但随着使用时间的增长，流量计振动管内壁已开始衰减，稳定性开始下降。从某岛的日常检定任务中选取部分流量计作LZERO（活零点)的波动分析，了解流量计稳定性变化情况，如表2：
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表 2
从2019年二、三季度的检定中发现大部分的流量计活零点平均值均在厂家允许的9kg/h的波动范围内，只有12号流量计活零点波动较大。由于12号流量计传感器后装着一台在线密度计，与质量流量计相接近的原理进行测量（以频率测量密度），开始时怀疑是振动频率相近引起共振，但后来停了在线密度计，12号流量计的活零点仍然较大波动。即使对12号流量计调零处理，没多久，其活零点仍然波动较大，因此对12号流量计的零点稳定性产生怀疑。
2020年4月份接到地市公司投诉某油台发油数量不足，指明12号流量计发油不足。检定人员对某油台同一台位流量计活零点情况先进行一个摸查，流量计的LZERO（活零点）数据记录如下:
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表 3
从表3中发现，12号流量计活零点波动范围较大（-11kg/h至69kg/h)，稳定性较差，已超过厂家允许活零点稳定值9kg/h的范围。按69kg/h的活零点值、正常发油速度 65t/h算，其引入误差有+0.10%。由于活零点的引入误差已达到流量计最大允许误差的1/2，且小流量（25t/h，关阀前500L流量）的引入误差更达到+0.28%，超过流量计最大允许误差。因此，决定对12号流量计进行停发处理。
7.结束语
零点值的稳定性是反映一台质量流量计测量性能稳定的关键因素，因此提出以下建议：①把LZERO（活零点）参数调至变送器显示，能实时观察质量流量计零点的波动情况。②设置适合当前常用流量点的小流量切除值，以保证流量计不会产生零漂现象。③当环境温度改变较大时，应适时观察活零点的变化，当变化较大，对常用流量点的引入误差已超过最大允差的1/3时，建议调整零点。④零点的调整齐必须在水平、满管存相同介质油品的情况下进行。
参考文献
[1].艾默生过程控制有限公司流量团队.质量流量计的原理与结构.2016
[2].张健.科里奥利质量流量计的使用维护与应用评价.油气田地面工程.2012
[3] JJG 1038-2008科里奥利质量流量计检定规程.2008