摘 要：介绍了宏控HK-CMF质量流量计在流量参数测量中的应用，探讨了环境温度、介质温度、介质压力等对流量测量的影响，以及Micro Motin质量流量计的维护和故障排除。为工业自动化控制提供准确的流量数据。

关键字：质量流量计 流量测量 环境温度 介质温度 介质压力 应用

    1 流量参数测量的现状

    流量作为四大重要的工艺参数之一，随着工业技术的飞速发展，流量测量所面临的要求愈来愈高，条件也更加复杂。测量介质从低温低压到高温高压；在介质流动状态方面从层流到紊流和脉动流；测量对象有气体、液体、固体和两相流体；而流体本身有低粘度、高粘度和强腐蚀性；测量范围则从每秒数滴到每小时数千吨等等。这么复杂的状况和要求，必然要求仪表测量手段多样化，从而推动测量仪表技术向尖端发展。

    流量测量仪表，经验和实验数据较成熟的是差压式流量计，它包括标准节流装置（标准孔板、标准喷嘴、文丘利管）和非标准节流装置（圆缺孔板、双重孔板、文丘利喷嘴等）的差压式流量计。此种流量计只适用于50N/1000mm口径的管道流量测量，量程比为3，最大不能超过4。当流量小于30%时，雷诺数往往低于界限雷诺数，流量系数α不是常数，造成流量测量不准，而且精度不能保证。因而差压式流量计在需要精确计量的场合不能使用。其它如转子流量计、靶式流量计、容积式流量计、涡轮流量计、漩涡流量计等，虽各有其特点，有的测量的是体积流量，而且测量精度不高，有的安装要求较高。

    宏控HK-CMF质量流量计从质量测量入手，解决了流量测量的问题，而且其精度能够满足国际贸易结算要求。

    2 宏控HK-CMF 质量流量计的性能

    2.1 宏控HK-CMF 质量流量计的工作原理

    宏控HK-CMF质量流量计是由传感器、变送器、显示仪表等组成。流体流过质量流量计的测速管时产生科氏力，在科氏力的作用下管子发生形变，传感器上的左、右检测线圈输出信号到变送器的输入电路，变送器把来自传感器的低电平信号利用流量校准系统和检测到的温度转换为4~20mA电流和频率输出量。

    驱动电路产生1个使管子振动的振荡电压。振荡频率即传感器的自然频率。因此，过程流体密度的测量可根据测出的传感器自振频率来计算。

    温度放大器把装在传感器的铂电阻温度装置（RTD）的电阻转化为线性电压（5mV/cm），以便于计算数字化、传感器的温度补偿和密度监测系统（DMS）的输出。

    温度补偿的分辨率为0.1℃ ，温度范围-240~450℃ 。

    2.2 宏控HK-CMF 质量流量计的特点

    （1）可直接测质量流量，与被测介质的温度、压力、密度、粘度变化无关。与测量流量后进行温度、压力、密度补偿的方法不同。
    （2）无可动部件，可靠性高。
    （3）线性输出，测量精度高，可达0.1%~0.2%。
    （4）可调量程比宽，最高可达l:100。
    （5）适用于各种液体，如腐蚀性、脏污介质、悬浮液、两相流体（液体中气体的体积分数小于10%）等。
    （6）不管流向如何，传感器均可进行精确测量，即可测双向流体。

    3 宏控HK-CMF 质量流量计的应用

    3.1 质量流量计的安装

    （1）测量液体流量时，外壳朝下安装传感器，以避免空气聚集在传感器管内。
    （2）测量气体流量时，外壳朝上安装传感器，以避免在传感器内积聚冷凝液。
    （3）当测量浆状液或便于排放液时，传感器垂直安装在管道上。可避免微粒在传感器内积聚。如果工艺管线需用气体或蒸汽吹扫，这样安装便于清扫。垂直安装还可以防止喷流。
    （4）传感器在管道中串联使用时，两串联安装的传感器要采用管卡子固定，这样可以避免当一个传感器内管的振动通过管道传到另一个传感器。这些振动使得调整零点很困难。
    （5）传感器连接工艺件和工艺管道时，无应力安装是至关重要的。特别注意减小工艺连接件上的应力，将工艺管道与法兰正确对准，保持同轴可减小应力。在传感器附近工艺管线上的阀门或泵都需要有自己的支撑物，不能用传感器的安装底板或工艺过程的连接件来支撑泵和阀门。
    （6）传感器垂直安装时，为避免介质回流至传感器中，应在传感器下游安装1个止回阀，止回阀距离传感器愈近愈好。
    （7）质量流量计在工作中使用磁场。因此，传感器的位置距大变压器或电动机应大于0.6m。而且传感器与变送器的连接电缆不要覆盖在诸如电动机等可发射磁场的设备上。

    3.2 过程温度对传感器的影响

    3.2.1 过程温度对流量管刚性的影响

    Young’s弹性系数，即金属弹性品质会随温度的变化而变化。流量管刚性具有重复性并且可被修复。传感器内安装有RTD温度传感器，可进行温度测量并进行温度补偿。因此过程温度不会对流量管刚性产生附加误差。

    3.2.2 过程温度对零点稳定性的影响

    由于几何形状和结构的不对称，因而所有的机械结构都会受到温度的影响。传感器的零点不稳定是由于介质温度与调零温度不一致时所可能发生的最大偏移，表现为介质温度从调零温度每变化1℃时额定流量的百分比。

    如用户在调零温度为+10℃或-10℃操作流量计，则：

    CMF100=0.00025%×10=0.00556（N/min）

    D1O0=0.001%×10=0.01779（N/min）

    如果过程温度与调零温度有较大差别，则会产生附加误差，且是非重复性的。因此，质量流量计在调零时，应将工作介质充满管道，保持仪表工作时的温度和压力，调零才是准确的。过程温度对零点稳定性的影响可通过实际调零来消除。

    3.3 环境温度对变送器的影响

    3.3.1 环境温度对信号处理电路的影响

    专利设计的三通道信号处理可抑制环境温度对测量的影响（见图1）。

    3.3.2 环境温度对输出电路的影响

    （1）环境温度对频率和数字输出电路无影响；
    （2）环境温度对模拟输出的影响是从标定温度每变化1℃，影响为量程的±0.005%。

    如果环境温度与标定温度有较大的差别，可能会出现附加误差。可以通过在操作温度附近标定来消除。

    3.4 压力对传感器的影响

    3.4.1 压力对传感器测量存在的影响

    由于内部压力的影响，使得无论何种设计或生产商，对于所有科氏传感器都存在影响。影响的程度取决于各种传感器的设计。

    3.4.2 降低压力影响的措施

    （1）Elite型传感器的选择

    可以增加流量管的壁厚来降低压力的影响，但增加壁厚必然会降低扭曲灵敏度，导致测量精度的降低。因此，流量管壁厚必须加以优化来保证最佳性能。Elite型传感器及其后来的产品设计皆基于流量管直径和壁厚的最佳比例。

    （2）调整标定系数抑制压力引起的误差

    1台CMF300M传感器，在稳定的6891.1kPa下操作，且流量系数（FCF）为695.755。调整FCF的方法如下：

    1）流量误差的计算

    查技术手册，CMF300M 1kPa压力影响是流量的0.000087%，且标定压力为137.822kPa。

    因此，由压力引起的误差，在6891.1kPa时为流量的-0.588%。

    2）FCF的计算

    流量误差是-0.588%，将FCF增加0.588%以消除误差影响，则FCF1=（FCF×0.588%）+FCF=699.845

    将新的FCF1标定系数输入变送器即可修正压力引起的误差。

    4 宏控HK-CMF 质量流量计维护及故障排除

    4.1 故障自诊断--LED闪烁状态

    （1）正常：LED在频率1Hz时闪烁，1/4时间亮，3/4时间灭。
    （2）调零：LED长亮。
    （3）出错：LED在频率1Hz时闪烁，3/4时间亮，1/4时间灭。
    （4）组态模式：LED在1min内闪烁3次，其余时间灭。
    （5）无电源：LED灭。

    4.2 故障诊断--变送器输出错误
    
    （1）下限报警：模拟输出固定在0~2mA，频率输出固定在0Hz。
    （2）上限报警：模拟输出固定在22mA，频率输出固定在15000Hz。

    4.3 故障诊断信息及处理（见表1）

表1 故障诊断信息及处理

故障信息	故障原因	解决措施
EPROM error	EPROM出错	维修或更换EPROM
RAMerror.0000	RAM 诊断出错	维修或更换RAM
Drive/Input Overrng	（1）接线错误； （2）流量超出传感器范围 （3）传感器驱动线圈开路或短路	（1）正确接线； （2）降低流量到范围内； （3）检修驱动线圈
绿、白线间开路或短路	传感器左检测线圈开路或短路	检测左检测线圈
Sensor Error	接线错误	正确接线
兰、灰线间开路或短路	（1）传感器右检测线圈开路或短路（2）传感器壳体内有水汽	检修右检测线圈； 更换接线密封套等
Drive/Dens Overrng	（1）流量管堵赛； （2）密度标定系数不匹配； （3）气团或固体引起振动不平衡	（1）蒸汽或水吹扫； （2）进行密度标定； （3）监视密度
Temp Overrng	（1）温度超出传感器范围； （2）接线错误	（1）降低温度在范围内； （2）正确接线
黄、枯线间开路或短路	传感器引线补偿开路或短路	检修引线补偿器
黄、紫线间开路或短路	传感器内RTD开路或短路	检修RTD温度传感器
Slug Flow	（1）气团使过程密度低于下限 （2）固体使过程密度高于上限	（1）输入新的团流限制； （2）输入新的团流时间
Freq saturated	15、16端子达到15kHz	（1）改变流量单位； （2）降低流量； （3）重新标定脉冲输出；
mA 1 saturted	17、18端子达到22mA	改变20mA所对应的值
mA 2 saturted	19、20端子达到22mA	改变20mA所对应的值
Zero Too Noisy	自动调零时机械干扰太高	消除机械干扰重新调零
Zero Too High/Low	自动调零时流量没有完全关闭	完全关闭流量重新调零

    获得诊断信息的界面：①HART手操器；②Prolink/AMS软件；③变送器显示窗口。

    5 结语

    宏控HK-CMF质量流量计技术先进，且其各项性能指标优良，故障率极低。通过正确的安装和使用维护，就能保证对流量的良好测量效果，为工业自动控制和贸易计量提供准确的流量数据。