熊思成
金陵石化信息化与计量中心
摘要：
质量流量计从其测量原理的角度分析，具有准确、可靠、量程比宽、多变量输出等优点。但是精确测量的是有条件的，比如安装的影响，工艺介质的因素，本身仪表是否存在故障等等。本文阐述了质量流量计的原理和引起质量流量计产生故障的原因，进而明确正确的使用质量流量计的方法。
关键词： 质量流量计；问题分析；误差
1、引言：
对于油品计量交接来说，使用高精度的测量设备可提高油品交接计量精度，有效控制油品进出厂的损失，减少计量纠纷, 实现公平计量，维护公司的企业形象。质量流量计由于能直接测量油品的质量，不受油品密度与温度等工况条件的影响，测量准确度高，是目前油品贸易计量中运用最为广泛的计量仪表。它主要是通过科里奥利原理直接测量流体的质量流量与、密度，、通过温度的测量。，再衍生出体积量等多个变量，应对各种计量需求。质量流量计还具有运行状态自诊断功能，通过运行参数与报警信息，我们可以进行设备的运行状态与故障分析，并进行有针对性的故障处理。质量流量计还可以通过modbus协议配合scada软件将数据和报警传入人机界面远传再做报警处理，提示相关人员及时处理故障，有效防范计量失准带来的风险。
2、质量流量计测量原理与结构：
质量流量计的测量管一般都是由双U型振动管组成，在一根振荡管顶端处固定一个永久磁铁，在另一个振荡管固定驱动线圈，两者组合起按谐振频率振动的线圈组。永久磁铁产生固定的磁场，当变送器送电后，线圈由于通入交流电的线圈产生的交变磁场与磁铁块的固有磁场会产生交替的吸引与排斥，因为线圈和磁铁固定在振荡管上，由于作用力和反作用力，两个振荡管会以相反的不停的振动。检测线圈固定在一个振荡管两侧，两个磁铁固定在另一个振荡管上，由于两个振荡管产生相反方向的往复运动，磁铁产生微小的位移，线圈切割磁力线，线圈的磁通量产生变化，根据e=N(dφ/dt)计算线圈产生感应电压，变送器的电路部分测量线圈交流电压。当测量管流量为零时，两个检测线圈的相位是相同的，相位差为零； 当有流体流过测量管，受科里奥利力的影响，入口测与出口测的测量管因受相反的牛顿力的作用而产生扭曲，入口和出口的检测线圈检测的交流信号就形成了相位差，相位差的大小直接反映流体流量质量的大小。当管內充满不同的流体时，随着流体密度的增大，振动频率变小(介质接近振荡管的密度)，传感器对密度的敏感度也降低了，频率反映出介质密度的大小。此外，在测量管的入口处会贴有一个铂电阻，可以测量介质的温度。
3、质量流量计使用的主要问题分析
3.1 不合理的安装会导致流量计无法使用：
科氏力质量流量计由于其测量原理的特性，对安装应力较为敏感。应力影响的因素：由于管道内介质的温度和环境温度的变化，管道产生热胀或冷缩产生变形，与管道相连的法兰会出现端点位移，端点位移也使流量计内测量管发生变形产生扭应力与剪应力，。流量计上下游法兰处承受的应力方向具有不确定性，如果流体在静止的状态下流量计上下游产生反方向的应力会形成相位差，即产生一个虚假的值，严重到一定程度上会导致流量计无法使用。
3.2 不合理安装位置的影响：
选择合理的测量环境很重要，因为变送器的电子设备可能会受到射频干扰的影响，所以需要远离大功率设备，避免电磁干扰。远离大的振动源，质量流量计是通过传感器测量管的振动测量的，其一避免共振的干扰，其二避免对流量计前后支撑基础的影响进而避免不确定的应力产生。
3.3 介质的影响：
质量流量计原则上可以测量两相流体，但实际上这只是在一定的范围内有效并且精度会下降，当气相的比例增大到一定量值时，流量计将不能正常工作。液体介质时气体存在的方式有以下几种，第一种液体中夹带气泡，气泡在液体内分布杂乱以及气泡大小由于压力和流动会产生变化，比如粘度较大的介质会出现这种情况。第二种情况是脉动流，管道内部分充满液体和部分充满气体。第三种情况流量过低管道内上面是气体下面是液体部分充满。两相的介质会导致振动系统测量的科氏力不稳定，振动管振动的幅值会不规则的变化，导致检测线圈测量的位移时输出的感生电压会产生不规则的变化，测量的结果必然是不正确的。在工况条件气液两相流产生的原因有以下几种，管道的弯管处存有气泡、大管径测量低流量、高粘度介质本身含带气泡、在卸油后期会用气体清仓、拆装流量计管道部分会掺杂气泡。
3.4介质分流不均的影响：
双管型结构的质量流量计需要将流体分流，分流不均会造成流量计的附加误差，在工况条件下管道内会有不确定的杂物流经流量计时，会堵塞在质量流量计分流器，导致流体分流不均。还有在安装流量计的时候选用不配套的垫片，也会导致流体分流不均。分流不均测量的误差是隐蔽的，除非有标准的器具进行比对才能识别，如果是异物卡在流量计内，可以通过驱动增益的变化进行判断。测量管的左右检测线圈分别对两个振荡管的形变进行测量，介质分流不均左右检测线圈测量的电压差异很大时，变送器对两个振荡管的相位差进行计算会产生误差。
3.5共振的影响：
实际上任何一个系统它们的刚度、质点都是比较复杂的。多数场合是要用测量的办法。在质量流量计的实际应用中，我们测量管的结构一定后，它的刚度系数k可以采用实流标定的方法测出。 固有频率计算公式为： f=1/ T? 。一般来说，质量流量计固有频率的大小因结构及尺寸、质量（包括介质）和刚度的不同而变化，它的大小在几十到几百赫兹之间。 物体的固有频率取决于物体自身的刚度，并且具有方向性，而刚度由物体的结构形式决定。当物体作受迫振动时，其振动的频率取决于驱动线圈的驱动频率，驱动力作用在物体上，当振动频率与物体固有频率相近时，就会产生明显的振动加剧现象，会产生共振的现象。 因此，当质量流量计工作时，如果在安装现场存在振动源，就会对其工作的稳定性产生干扰。从而使流量计的计量误差加大，甚至使传感器完全无法工作。
4、提高流量计测量准确度的对策
4.1安装规范：
⑴ 工艺管道应对中，流量计两侧对接法兰上下左右平行对齐。在流量计的两侧的工艺管道各安装两处稳固的支撑并用环扣固定，其一避免管线膨胀引起应力，其二前后两处的支撑保留一定的距离，这样的目的是保证管线膨胀左右方向的应力。管道法兰间距比流量计长度长1.5公分上下，留下安装垫片的空间。法兰与垫片的标准必须一致，不符的垫片会探入管道中造成分流不均引起不确定误差
⑵ 传感器的安装方向，测量气体时流量计外壳朝上，以避免测量管内积聚冷凝液，尽量安装最高点。测量液体时流量计外壳朝下，以避免测量管内积聚气体。
⑶ 测量易汽化介质时，将流量计下游阀门开度适当的调小，有适当的背压，必要时加装消气器。
⑷ 必要时加装过滤器防止异物卡在流量计内，造成分流不均，影响测量
4.2流量计投用的影响：
初次安装流量计时，必须进行调零工作。这是由于现场安装的条件不同于检定装置的环境，管道产生应力的因素很多，根据流量计算的公式flow=Kflow*（△t-Kzero）*（1-TC*t），零流量时会有小流量产生并且会叠加在正常流量上。要消除这个误差必须将此时的零位调整才能保证测量的准确性。校零要三次，观察计算零位重复性。
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4.3报警信息的运用：
以罗斯蒙特质量流量计为例，其提供丰富的报警信息，报警信息则需要用通讯的输出方式在scada系统展示。通讯数据采集的数据类型可以是布尔类型、整数类型、浮点类型等，为了节省scada系统采集的点数，采用整数类型来表达报警信息，再将整数类型解析为布尔量，每个位代表1个报警信息。举例寄存器40420:4代表密度超限报警号A008，报警信息能告知维修人员提前采取措施最大限度避免异常事故的发生。
4.4参数的核查：
当交接数据产生纠纷时，处理问题的步骤如下，根据检定证书检查标系数是否一致，不同流量的检定误差要核实。影响质量流量计的系数主要有流量、密度温度、压力还有钢管的材质，任何系数的变化都影响交接数据，核对系数是重要的步骤。
5 结语
通过对影响质量流量计计量准确性的原因分析，消除各种因素的影响，提高计量的准确度。如何正确地使用质量流量计，发挥其技术优势，是测量过程的重要一环。随着信息技术的数字化，创建流量计在线运行智能诊断平台，及时掌控流量计的运行状态与测量参数，是计量技术的发展方向。
参考文献：
任建新，钱小亮，屈雅琴，刘洪德 科氏质量流量计振子平衡特性对零点漂移的影响研究
2016（029）029