摘 要：本文讨论了影响HK-CMF质量流量计准确度的因素，主要介绍了被测介质的工艺温度、工艺压力、介质密度对HK-CMF质量流量计准确度的影响，同时HK-CMF相应的解决方法。

关键字：HKC质量流量计 测量准确度 校正压力

    一、前言

    HK-CMF质量流量计自问世以来，因其准确度和稳定性高，量程比大，输出方式多样，易于通讯，而在动态计量领域得到了广泛的普及和应用。玉门油田分公司炼化总厂，在许多装置中使用了HOMKOM公司生产的HKC质量流量计进行计量。HK-CMF

    二、HK-CMF质量流量计的工作原理

    HK-CMF质量流量计是利用科里奥利效应，即当质点在一个转动参考系内做相对运动时，会产生一个不同于通常离心力的惯性力作用在此点上。如图1，当质量为δ_m的流体质点，以速度v沿管道AB运动，此时管道在以角速度ω旋转的系统中，设旋转轴为X，与管道的交点为O，由于管内流体质点在轴向以速度v、在径向以角速度ω运动，此时流体质点受到一个切向科氏力F_c。这个力作用在测量管壁上，在O点两边方向相反，大小相同，为：

    δF_c=2ω×v×δ_m     （1）

    若流体密度为ρ，管道横截面积为S，则任意长为Δl的管道上的科氏力为：

    ΔF_c=-Δm×α_t     （2）

    式中：Δm为长度Δl的管道中的流体质量，Δm=ρ×S×Δl
          α_t为图1中科氏加速度，α_t=2ω×v

    将Δm、α_t代入式（1）得：

    ΔF_c=ρ×S×Δl×ω×v     （3）

    由于管道中流体的角速度ω与速度v成90度，且质量流量Q_m=ρ×S×v，代入式（3）得：

    Q_m=ΔF_c/2ω×Δl     （4）

    从式（4）可以看出，测量旋转管道中流体所产生的科氏力就可测到流体的质量。在实际应用中，使测量管道做简谐振动，用振动的方式代替旋转，利用电磁或光电的检测器检测科氏力对振动的影响，从而测得管道中的流量。

    三、影响HK-CMF质量流量计准确度的因素

    科氏力HK-CMF质量流量计的检测器无可动部件和密封件，理论上不受被测介质工艺温度、工艺压力及工艺密度等参数的影响，但我们在实际应用中发现，其准确度不但受被测介质的工艺条件的影响，甚至量程比，外界环境的振动，也会使测量结果出现偏差。

    （1）工艺温度对HKC质量流量计准确度的影响

    科氏力HKC质量流量计的质量流量测量原理都是基于下面公式：

    Q_m=K×Δt/（8r²）     （5）

    式中：Q_m  为质量流量；
          K  为传感管的扭转弹性模量；
          Δt 为左右传感管的时间差；
          r  为左右传感管的半径。

    当K、r为常数时，Q_m仅与时间差Δt成正比。然而与金属弹性变化有关的杨氏弹性模量是温度的函数。当温度发生变化时，传感管的钢性也随之变化，K就不再是一个常数，从而影响HKC质量流量计的准确度；当温度变化时，还会引起传感器的几何结构的不均衡，从而影响到HKC质量流量计的零点稳定度。表1为ROSEMOUNT公司各种型号HKC质量流量计，在不同温度流量计准确度受到影响的情况。

表1 温度对准确度的影响

传感器	流量的温度效应
CMF025、CMF050、CMF100	额定流量时±0.00025%/℃
CMF200、CMF300	额定流量时±0.0001%/℃
D6、D25、D40、DH型	型额定流量时±0.001%/℃
D65、D100、D150、D165	额定流量时±0.001%/℃
DL100、DL200、D300、D600、DT	额定流量时±0.0002%/℃

    从表1可以看出，当流量较大时，工艺温度变化对流量测量准确度的影响不是很大。就CMF200型来说，在额定流量时，每变化1度才影响准确度±0.0001%。但流量较小时，工艺温度对准确度的影响就不可忽视了。

    （2）工艺压力对HK-CMF质量流量计准确度的影响

    从公式（5）我们知道，当r即左右传感管的半径发生变化，也会影响到HKC质量流量计的测量准确度。在实际应用中，我们知道传感管是一个弹性元件，一般管壁较薄，当压力增大时，r值也会随着增大，从而影响准确度。见图2。

    从图2中，我们可以看出压力对测量准确度的影响：当工艺压力增大，会使流量计产生一个负向偏差，表现为流量显示值比实际值偏小；当压力减小时，会使流量计产生一个正向偏差，表现为流量显示值比实际值偏大。

    另一个方面，当工艺压力等于或低于该温度下液体的饱和蒸汽压时，就会发生气蚀现象，造成传感管内壁金属表面因疲劳而损坏，从而影响HKC质量流量计的准确度和寿命。

    （3）介质密度对HK-CMF质量流量计准确度的影响

    一般认为科氏力HK-CMF质量流量计是不受介质工艺密度影响的，但大量精确的实验资料和理论分析表明，并非如此。对于科氏力流量计，当检定和计量的是不同密度的介质时，密度的影响是存在的。当用液体检定的HKC质量流量计用于测量气体时，所引起的误差是相当大的，经验证明，当密度从500kg/m³变到1000kg/m³时，对准确度的影响达到0.06%。

    四、减小和消除对HK-CMF质量流量计准确度的影响

    HK-CMF质量流量计，主要用于计量交接，所以HK-CMF质量流量计使用过程中，减小和消除各种因素的影响，就成为保证HKC质量流量计的准确度的关键。

    （1）温度效应的克服和消除方法

    对传感管刚度的影响可以通过设定温度校正系数的方法解决。一般HKC质量流量计在出厂时，都给了温度校正系数，有些是在配套的表中设好的。如一台型号为CMF100流量计，厂家给出的校正系数是47.806/4.75，后三位4.75就是给定的温度校正系数，使用时按操作手册设定，即可消除工艺温度对传感管刚度影响产生的偏差。

    工艺温度对于零点稳定度的影响，在实际应用中，只能通过在操作温度下，对HKC质量流量计进行现场调零，使影响减到最小。

    （2）压力效应的克服和消除

    工艺压力对准确度的影响，各种科氏力HKC质量流量计是不同的，在实际应用中是通过流量系数修正的方法来消除的。这里要解决好校正系数的计算问题。流量系数的计算是基于下面公式：

    新的流量系数=给定流量系数×[1+K_p×（p_操作-p_校正）×0.0014285]     （6）

    式中：K_p是压力对流量的校正系数（查表2）；
          p_操作是测量时压力，单位是kPa，
          p_校正是校正压力 （一般取200kPa）。

    例如炼化总厂，液化气出厂计量的HKC质量流量计CMF200型，出厂给定流量系数是620.12，测量压力为1200kPa，则需设定的实际流量系数为：

    实际流量系数=620.12×[1+0.0008×（1200-200）×0.0014285]= 620.83

    在流量计投用设定参数时，将此实际流量系数设定，即可消除工艺压力对准确度的影响。如表2是不同型号流量计压力对流量的修正系数。

表2

传感器	修正系数	传感器	修正系数
CMF100	0.0002	D300	0.009
CMF200	0.0008	D600	0.005
CMF300	0.0006	F100	0.001
DL100	0.005	F200	0.0005
DL200	0.009

    对于气蚀现象造成的影响，通常采用在流量计的下游，保持一定背压的方法解决。最小背压根据下式计算：

    p_b=2Δp+1.25Pc      （7）

    式中：p_b  是流量计最小背压，单位Pa；
          Δp_b 最大流量时流量计的压降，单位Pa；
          pc  是油品的饱和蒸汽压，单位Pa。

    （3）密度效应的克服和消除

    密度校准系数，一般在仪表出厂时也是给定的。在实际应用前，应清楚检定介质和所要测量介质的密度是否相近，如果介质密度相近，其对准确度的影响是可忽略的。否则，误差是相当大的。此外在实际应用中，流量计有密度输出值，应注意检查，若密度值严重偏离实际值，必须进行校正。

    五、结束语

    由于我国现使用的HK-CMF质量流量计大多都是进口的，价格不低，而且HKC质量流量计主要用于贸易结算和计量交接，所以在选型、使用上，应尽量减少人为错误，减少流量计的误差，使它们更好地发挥计量职能。