1 介绍

    常规流量计如涡轮、刮板等的脉冲输出是通过涡轮上的磁铁转动、切割流量计壳体上线圈的磁力线所产生的电流而形成的，这些仪表的脉冲频率与流过流量计的流量成比例。通过计算脉冲发生的频率和累积脉冲数来反映流通流量计的流量。该脉冲是实时的，即在流体冲击涡轮转子的同时，立即输出脉冲信号。

    而这些采用微处理器的流量计如科里奥里质量流量计和超声流量计，具有很多优点，如没有转动部件、具有自诊断功能等。但这些流量计与涡轮流量计装置完全不同，因为它们依靠的是附属的二次电子装置，实际上它们不是在实时工作，而是基于计算/测量循环时间。在计算一系列的非直接测量（振荡管的移动或超声波束的传输时间）的时间内，进行一些计算，并将结果存储在内存中。

    流量计的微处理器将执行这些非直接测量，根据内部的计算公式，计算出在计算/采样时间内的体积流量和质量流量、或者流量的增量。结果是流量计的输出脉冲与在计算周期时间内的计算流量成比例。这些脉冲是通过微处理器“制造”出来的，并不是任何直接流量测量的结果。另外，脉冲滞后于流量计内流体的流动，大约是处理器/流量计计算周期时间。

    相同的流量计量技术的电子装置，随制造厂商的不同而不同，只有获取每个完整的测量/计算周期数据，才能进行连续的非直接测量。这些重复的测量增加了流量计所需的计算时间，并进一步延迟了脉冲数据传输到计算装置的时间。这样在这种流量计标定或进行流量控制时遇到了挑战。通常标定流量计的方法是采用管道式体积管或小体积管（SVP），但是这种方法只是为涡轮或刮板流量计“实时”脉冲的计数而设计，而不是为微处理器式的“制造”脉冲计数设计的。

    2 采用微处理器的流量计的标定

    当标定涡轮流量计时，每一脉冲代表即时通过流量计的体积增加量，脉冲是实时产生的。如果流量有一定量的改变，流量计的脉冲量将立即反应出这一改变。采用微处理器的流量计产生的制造脉冲则不是这种情况，这种流量计必须进行许多非直接测量，计算流量并产生一个制造的输出脉冲量，来精确的代表流量计的流量。制造的流量与时间管道中的流量总是有些延迟，即计算的周期时间和更新速率。因为这个延迟的存在，我们在标定中实际获得的代表体积或质量的脉冲，已经流过了检测开关。

    在许多产品的管道运行中，每一个批次，每一个流量的重大变化都要标定一次流量计。在原油管道中标定的频率较低，但是不少于每月一次。现场不需要标定或每六个月或一年标定一次的说法是没有技术基础的。

    用于质量流量计和超声流量计的基本标定方法与容积式流量计类似，但要考虑到一些不同，对于质量流量计取决于流量计是设置为质量脉冲还是体积脉冲。对后者，体积脉冲是推断出的计算值，因为流量计输出是通过流量计的瞬时质量流量除以密度值得到的。密度的任何误差都将会影响体积值，因此仪表系数将是错误的。

    用质量标定方法时，整个体积标定原理正相反，这时，校准的体积管体积值需要相同的体积管密度值，计算出体积管的质量值。这意味着数字式密度计要安装在体积管的入口。如此并非容易，确保密度计的读数代表流经体积管流体的密度是很困难的。

    对于移动式体积管，密度计必须避免因活塞启动时产生的任何压力冲击的影响。通常在流量计中设置“密度稳定时间”选项。这样流量计算机可以捕捉到在启动活塞之前的密度值，并利用这一数据，直到密度值返回到稳定为止。如果没有安装密度计，用户必须依赖质量流量计的密度输出。这种情况下，要确保标定的精度，质量流量计的密度信号用API MPMS Ch.14.6规定的方法进行标定。

    3 现场的流量计标定测试

    为了更好的了解这些在标定中延迟脉冲的影响，世界著名的流量计算机公司OMNI流量计算机公司和Coastal流量测量公司进行初步测试，在德克萨斯的Gulf Coast公司的一套标定装置上，同时记录在用移动体积管（SVP）标定时的涡轮流量计和科里奥里流量计的性能。标定测试的目的是确保在标定过程中延迟的制造脉冲的影响情况。其所用方法是用泵将水从大的储罐输送到一个流量计计量管路的入口，该计量管路串联安装两台流量计。计量管路是依据API推荐的上下游直管段长度设计。计量管路的出口与2O加仑的小体积管（移动式体积管）相连。体积管的出口返回到储罐，并用手动节流阀设定测量回路的流量。用另外的电磁阀和节流阀在标定期间增加和减小某一固定的流量来实现现场流量计的标定测试。通过采用高速数据采集系统记录下列参数：

    （1）涡轮流量计的瞬时频率
    （2）科里奥里流量计的瞬时频率
    （3）电磁阀的ON/OFF状态
    （4）检测开关的状态

    通过对现场两种不同流量计的标定测试结果进行分析，涡轮流量计K系数不可预知的变化要比科里奥里流量计K系数不可预知的变化要小的多。而且通过对科里奥里流量计脉冲延迟的观察发现，其K系数的不可预知的变化与其设定流量计时选定的“流量阻尼”有关。所以在选用科里奥里流量计时一定要求厂家提供准确的流量阻尼值，以便在使用和标定中使用。在对科里奥里流量计的实验中发现当活塞碰击检测开关时活塞速度不同，流量计K系数有一定的变化。当活塞速度降低时，K系数增加，当活塞速度增加时，K系数减小。K系数的增加和减小的量与制造脉冲的延迟有关，同时也是“流量阻尼”设定的函数。通过实验发现，即使把阻尼设定值设在最小值lOOms，有些延迟也是不可避免的，在标定中流量哪怕只有0.25%的变化，可以看出偏差大约是0.2%。而当流量阻尼设置为1.6秒时，偏差大于1%。

    4 结论

    这里介绍的采用微处理器的流量计技术有很多优点、如没有转动部件，可以进行自诊断检查，但出现对测量有影响时可以预先报警。这一实时诊断信息输到流量计算机中以便获取最大效益是非常重要的。我们的工业可能仅需要重新审核这些计量系统进行精度标定的方法和程序，并建立起不确定度的限制。通过测试发现采用微处理器的流量计的精度与涡轮流量计相比非常好，并奠定了新的API计量标准的基础。但是延迟的脉冲使得在管道式或移动式体积管标定中，流量计对流量的变化更敏感。有些采用微处理器的设备，特别是超声波流量计，产生的脉冲输出频率颤动，甚至在流量稳定时也是如此。这种颤动可能是在一些常规的标定方法下不可能得到一致的重复性。我们需要更深入的研究测试数据时间/更新原理问题，和与当前测量和标定标准相关的数据集成问题。需要重新考虑限制这些流量计类型的使用还是修改我们的系统操作和标定需要。对采用微处理器的流量计的标定由于诸如“制造脉冲”的影响因素我们一定需要进行充分的考虑。

    参考文献

    [1] 王池，流量测量不确定度分析，中国计量出版社，1999.5
    [2] 孙淮清、王建中，流量测量节流装置设计手册，化学工业出版社，2000.3
    [3] 用气体超声流量计测量天然气流量，GB/T l86O4-2001
    [4] 陆德民，石油化工自动控制设计手册，化学工业出版社，1999.8

    作者简介：许怀文，工程师，在宁夏长宁天然气有限责任公司从事自动化仪表及计量工作。

上一篇 : 暂无             下一篇 : 烤地瓜机 烤地瓜机烤地瓜的原理