乔鹏利
中国石油广东石化公司
摘要： 科氏力质量流量计是运用流体质量流量对振动管振荡的调制作用即科里奥利力现象为原理，以质量流量测量为目的的质量流量计，一般由传感器和变送器组成。随着工业生产过程的自动化和智能化，流量仪表在整个计量仪表中所占的比重越来越高。
关键词： 科氏力质量流量计；自动化；智能化
1工作原理和基本组成
阐述科氏力式质量流量计的工作原理之前，我们先了解科氏力的原理：当一根管子绕着原点旋转时，让一个质点通过管子向外端流动，即质点的线速度由零逐渐加大，也就是质点被赋予能量，随之而产生的反作用力 FC 将使管子运动发生滞后。相反，让一个质点从外端通过管子向原点流动，即质点的线速度由大逐渐减少趋向于零，质点的能量被释放出来，随之而产生的反作用力 FC 将使管子的旋转速度加快，即管子运动发生了超前。这种能使旋转着的管子运动速度发生超前和滞后的力 FC 被称为科氏力。科氏力式质量流量计就是基于科氏力效应的谐振式传感器，产生两个正弦信号，通过两个正弦信号相位差的大小直接反映出质量流量的大小如图1 所示。
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根据工作原理，科氏力式质量流量计一般由一次装置和二次装置组成：一次装置是由测量管、信号检测器、振动驱动器、支撑结构和壳体组成的流量传感器；二次装置即为流量转换器。要使用好科氏力式质量流量计，选型是至关重要的一步。科氏力式质量流量计选型主要根据以下几个方面来选择：
(1) 根据所测量的介质特性选择流量计的结构和材质。科氏力式质量流量计的测量管有多种，根据其结构不同，可以分为连续型、双管型和单管型，不同的管型所对应的数学模型也不一样。选择科氏力式质量流量计的结构形式要根据所测量的介质来考虑并进行选择。一般来说：测量纯净的、粘度不高的液体，对管型没有具体要求；测量易汽化的液体或含有气泡的液体，应该选择不易聚积气体或气泡的管型，
(2) 根据所测量的介质流量范围选择流量计的量程。选择科氏力式质量流量计的测量范围，应该从几个方面来考虑：①流量计的流量范围应能覆盖工艺所提供的流量范围，这也是选择所有流量计的流量范围的要求；②通用工艺流量应尽量在科氏力式质量流量计的经济流量(即上限流量的1/ 3) 以上，这对于科氏力式质量流量计尤为重要，因为科氏力式质量流量计的零点漂移性对流量的测量精度影响很大。如果介质流量在经济流量范围外，零点漂移
性很大，造成测量精度下降，反之，如果介质流量在经济流量范围内，特别越靠近上限流量，科氏力式质量流量计的零点越稳定，测量精度越高。
2 科氏力式质量流量计的安装
科氏力式质量流量计安装质量的好坏，对于流量计良好的测量和无故障运行息息相关。在安装时应着重考虑以下几个方面：
(1)避开震动干扰源(如电机、泵、风机等) ：科氏力式质量流量计的原理决定了外界震动对它的测量影响很大。如果强烈震动不能避免，则应该用柔性管将传感器和管道系统隔离。
(2)安装传感器应尽量避免应力产生：安装过程中，管道和传感器连接的力度以及传感器水平度、垂直度等没有达到一致或标准，都会产生应力。一旦应力产生，测量管产生的科氏力会产生偏向，导致测量不准。所以在安装时，应尽量用水平仪、垂直仪等工具帮助进行校正。
(3)系统压力的影响：在测量易汽化或液化的介质，必须保证安装传感器的管线上有足够的背压(指传感器下游端口处介质的压力) ，防止介质汽化或液，同时还可以保证介质充满传感器测量管，避免出现未满管带来测量误差。
(4)安装方向的要求：在安装科氏力式质量流量计传感器时，还要考虑到介质的特性，例如测量易汽化的液体，应该把传感器安装在管道的最低处，测量非干燥气体或在高压下易液化的气体，应该把传感器安装在管道的较高处。
3科氏力式质量流量计的调试
要使流量计正常运行、准确测量，投运之前，必须要对它进行正确地调试。对于科氏力式质量流量计调试，要做好以下几个方面：
(1)流量计的测试：安装之后，必须对流量计的电气连接、接地、信号接线等是否达到要求进行全面测试，例如科氏力式质量流量计的接地电阻小于 1Ω ，以消除接地引起的误差。
(2)流量计的零点调整：零点调整指的是在零流量条件下，将输出置于零的过程。零点调整过程中，先把流量计下游阀门关闭，保证整个测量管充满介质，并对流量计上电预热 20 min 左右，以消除温度变化对零点的影响，再通过零点按钮、Hart 通讯手操器等设备进行零点调整。
(3)流量计的组态：这一步是流量计必须做的，它包括量程、单位、小信号切除、累计量等的组态。各个厂家组态软件都不一样，在这里不详细讲述。
4 使用过程中遇到的问题和解决方法
在工作中，曾遇到几例关于科氏力式质量流量计的问题，列举出来供同行借鉴。
(1)科氏力式质量流量计测量单体( VCM) 时，时常出现测量值偏低，且有时管道无单体流过，流量计会有正偏流量和负偏流量。问题解决：现场仔细分析，发现流量计的背压不够，导致单体发生汽化严重，影响到流量计的测量精度。为解决背压偏低，采取了切除小流量，并改动管线走向和提高泵的功率，经试用，此现象基本得到消除。
(2)为了可靠和安全，在单体管道上采用两台科氏力式质量流量计进行串联。但两台投运之后，常出现流量波动很大，且两只流量计测得的流量相差很大的现象。问题解决：检查发现，后添加的一只流量计离原流量计距离不够长，相互之间的电磁、振动干扰很大。经与厂家联系，在一台科氏力式质量流量计上增加一只 CEQ 隔离模块，消除电磁干扰；合理地安装管夹头和支撑结构，减少振动，通过这两项工作，两台同时投入运行，故障现象不存在。
(3)测量分散剂的科氏力式质量流量计，在正常运行一段时间后，突然出现流量和实际不符合，为正常流量的一半左右，有时回落到零。对流量计组态、安装接地进行检查，没问题。此后，对接线进行检查时，发现流量计转换器上部分已经有水进去，原来桥架盖板没有盖，导致桥架的水沿着镀锌钢管进入转换器中，导致电流输出信号不正常。由于转换器信
号处理部分没有进水，影响不是很大，把转换器里的水擦干，同时在适当的温度下进行烘干，再使用时运行正常，问题解决。
（4）测量氯气的科氏力式质量流量计，开始测量正常，过一段时间，流量忽大忽小，过一阵，流量又正常。检查流量计接线及组态，都正确，于是把流量计拆下，发现质量流量计测量管有轻微的腐蚀，判断可能有液氯进入流量计测量管中。对操作过程进行分析，原因为：开始阶段反应釜未反应，压力比较低；在反应阶段反应釜放热反应，导致釜内压力升高，部分湿氯回流，造成测量管腐蚀和流量有时偏差。提高进氯管前压力，问题得到解决。问题总结：科氏力式质量流量计传感器部分无阻碍流体流动的部件，且采用先进的制造技术和信
号处理技术，只要正确安装、调试，科氏力式质量流量计出现故障的概率较少。当出现异常情况时，应该按照下面的步骤进行检查： ①检查组态、接线是否正确；②检查安装是否符合要求，如接地电阻、振动等；③检查转换器和变送器内部情况，如有无水或飞尘进入的影响；④检查工艺设计缺陷或误操作引起的故障；⑤上面原因都排除之后，应立刻和厂家联系。
5 结束语
科氏力式质量流量计具有精度高、适用介质广、可靠性好、使用方便、维护量小等特点，已经在各工业领域中得到推广和应用。我公司在多处用科氏力式质量流量计计量代替以前人工称量，自动控制、减少人为误差、降低成本和节省人力，给企业带来可观的效益。