影響科氏質(zhì)量流量計(jì)性能的因素及解決對(duì)策

1、龍?jiān)雌诳W(wǎng) 龍?jiān)雌诳W(wǎng) 影響科氏質(zhì)量流量計(jì)性能的因素及解決對(duì)策作者：李斌來(lái)源：科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2011 年第 20 期摘 要 :本文分析了影響諧振式科氏質(zhì)量流量計(jì)穩(wěn)定性和可靠性的主要干擾因素,給出了消減或抑止這些干擾因素影響的思路與對(duì)策,這些對(duì)策對(duì)提高流量計(jì)的整體技術(shù)性能有著重要意義。關(guān)鍵詞 :科氏質(zhì)量流量工作性能計(jì)量中圖分類號(hào) :TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 文章編號(hào) :1674-098X(2011)07(b)-0052-021 引言20 世紀(jì) 80年代末期 ,由于我國(guó)油品貿(mào)易計(jì)量采用 “質(zhì)量”結(jié)算 ,因此科氏質(zhì)量流量計(jì)以直接測(cè) 量介質(zhì)質(zhì)量的特點(diǎn) ,得到了快速發(fā)展和普及 ,目前中石化、中石油等大型

2、石油公司系統(tǒng)內(nèi)的油品 管輸交接計(jì)量大多采用了科氏質(zhì)量流量計(jì),同時(shí)也使得動(dòng)態(tài)計(jì)量模式更加簡(jiǎn)捷。雖然質(zhì)量流量計(jì)是一種計(jì)量準(zhǔn)確、性能相對(duì)可靠的計(jì)量?jī)x表,但由于我們對(duì)其工作特性認(rèn)識(shí)和理解的局限,在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中仍然會(huì)出現(xiàn)一些異?，F(xiàn)象,作為計(jì)量工作者應(yīng)了解和掌握影響其計(jì)量性能的主要因素 ,并學(xué)會(huì)如何利用一些現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和手段提高其運(yùn)行質(zhì)量,以保障貿(mào)易的公正性 ,并保護(hù)貿(mào)易雙方的經(jīng)濟(jì)利益?？剖腺|(zhì)量流量計(jì)除了可直接測(cè)量介質(zhì)的質(zhì)量流量,且受流體粘度、密度、壓力等因素的影響很小外 ,還有如下兩個(gè)顯著特點(diǎn) :(1) 多功能性 :可同步測(cè)出流體的密度 ,從而可以解算出體積流量 ;可解算出雙組分液體各自所 占的比例

3、(包括體積流量、質(zhì)量流量以及它們的累計(jì)量); 我們現(xiàn)在已成功地將此功能擴(kuò)展到具有一定物理相溶性的雙組分液體的測(cè)量中。,便于與計(jì)算機(jī)連接構(gòu)成分;也可以同步解算出體積(2) 信號(hào)數(shù)字化 :質(zhì)量流量、密度的解算都是直接針對(duì)周期信號(hào)的布式計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng) ;易于解算出被測(cè)流體的瞬時(shí)質(zhì)量流量和累計(jì)質(zhì)量流量及累積量?；谝酝谥C振式傳感器方面多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)的積累,國(guó)內(nèi)于上世紀(jì) 90 年代起探索研究科氏質(zhì)量流量計(jì)的有關(guān)問(wèn)題。目前在科氏質(zhì)量流量計(jì)的實(shí)際應(yīng)用中,發(fā)現(xiàn)有許多干擾因素 ,如耦合振動(dòng)、非線性振動(dòng)、流體脈動(dòng)和安裝應(yīng)力等,這些因素嚴(yán)重制約著科氏質(zhì)量流量計(jì)的性能和實(shí)用效能。下面就制約科氏質(zhì)量流量計(jì)的

4、工作性能的各種因素進(jìn)行分析,并提出改善或抑止這些制約因素的對(duì)策。2 科氏質(zhì)量流量計(jì)的工作原理科氏質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量部分主要由彈性測(cè)量管、激振單元、拾振單元、閉環(huán)自激放大單元等 組成 ,參見圖 1。工作原理為 :彈性激振單元維持以彈性測(cè)量管為主的敏感元件處于諧振狀態(tài),測(cè)量管作 “彎曲主振動(dòng) ”當(dāng);流體流過(guò)振動(dòng)的測(cè)量管時(shí) ,所產(chǎn)生的 “科氏效應(yīng) ”使測(cè)量管在上述 “主振動(dòng) ”的基礎(chǔ)上 ,產(chǎn) 生直接與所流過(guò)的 “質(zhì)量流量 ”相關(guān)的 “扭轉(zhuǎn)副振動(dòng) ”通,過(guò)檢測(cè)測(cè)量管的 “復(fù)合振動(dòng) ”就可以直接得 到流體的質(zhì)量流量。顯然 ,科氏質(zhì)量流量計(jì)能夠穩(wěn)定、可靠地工作,關(guān)鍵是要保證處于理想的振動(dòng)狀態(tài) ,即在實(shí)際應(yīng)用中

5、要抑制或盡可能減小其所受的影響。3 干擾因素影響機(jī)制的分析傳感器工作過(guò)程中 ,敏感結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量很容易通過(guò)其邊界結(jié)構(gòu)傳遞到傳感器的機(jī)箱上和 管路上 ,從而引起傳感器振動(dòng)狀態(tài)的不穩(wěn)定 :輕則降低傳感器的精度 ,重則導(dǎo)致傳感器工作失效。 因此 ,首先要解決諧振式科氏質(zhì)量流量傳感器的穩(wěn)定性問(wèn)題,即必須從傳感器 （特別是復(fù)合敏感部分） 自身的整體結(jié)構(gòu)特征 ,信號(hào)流傳輸 ,能量相互轉(zhuǎn)化過(guò)程等來(lái)揭示、掌握科氏質(zhì)量流量計(jì)干擾因 素產(chǎn)生的途徑與規(guī)律。諧振式科氏質(zhì)量流量傳感器復(fù)合敏感結(jié)構(gòu)的工作模式,決定了其連接底板與彈性彎管復(fù)合敏感在空間上是正交連接的,這對(duì)敏感結(jié)構(gòu)的彎曲主振動(dòng)的隔振（解耦 ）是不利的,也即非常

6、容易引起傳感器結(jié)構(gòu)的 “耦合振動(dòng) ”。這樣外部隨機(jī)的干擾振動(dòng)能量就會(huì)傳到傳感器 的敏感結(jié)構(gòu)上 ,使其正常的固有振動(dòng)特性發(fā)生變化。由于該質(zhì)量流量傳感器自身為復(fù)合敏感結(jié)構(gòu),維持傳感器工作的激勵(lì)主振動(dòng)與由于科氏效應(yīng)誘發(fā)出來(lái)的測(cè)量副振動(dòng)疊加在一起,形成復(fù)合振動(dòng)。復(fù)合振動(dòng)本質(zhì)上屬于非線性振動(dòng)的范疇。而在測(cè)量過(guò)程中 ,被測(cè)流體的形態(tài)變化較大 ,因此 ,將導(dǎo)致激勵(lì)主振動(dòng)信號(hào)與測(cè)量副振動(dòng)信號(hào) 相互影響程度發(fā)生較大的變化。特別是液態(tài)流體在傳輸過(guò)程中,具有一定的脈動(dòng)性。脈動(dòng)的流體相當(dāng)于被測(cè)的流體質(zhì)量流量處于一種特殊的動(dòng)態(tài),這樣諧振式科氏質(zhì)量流量傳感器在使用過(guò)程中 ,脈動(dòng)流體將會(huì)影響科氏質(zhì)量流量傳感器的復(fù)合敏感結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)頻率和振型。此外,科氏質(zhì)量流量計(jì)在使用過(guò)程中 ,由于通過(guò)連接法蘭安裝時(shí) ,非常容易引起一定量值的安裝應(yīng)力。安 裝應(yīng)力將有可能產(chǎn)生對(duì)流量傳感器復(fù)合彈性敏感結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的影響。上述這些引起傳感器敏 感結(jié)構(gòu)及其振動(dòng)特性變化的因素 ,實(shí)際上就是影響傳感器的工作性能的主要干擾因素。4 影響計(jì)量性能的主要因素和解決對(duì)策4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化基于上述分析 ,應(yīng)當(dāng)著重解決影響科氏質(zhì)量流量計(jì)工作穩(wěn)定性和可靠性的有關(guān)