5 應(yīng)用概況和選用考慮要點(diǎn)

5．1 應(yīng)用概況

　　CMF主測(cè)量參量是質(zhì)量流量，第二測(cè)量參量是流體密度，還有附加測(cè)量參量流體溫度。此外，從質(zhì)量流量和流體密度衍生出測(cè)量體積流量，雙組分溶液中溶質(zhì)的濃度或不相溶第二組分濃度，液固雙相流中固相含量。CMF應(yīng)用zui多的是需要考核質(zhì)量（不是品種的質(zhì)量，是mass）為目標(biāo)的計(jì)量總量或控制/測(cè)量流量，具體說(shuō)有：貿(mào)易結(jié)算交接計(jì)量或企業(yè)內(nèi)部核算計(jì)量；批量生產(chǎn)（batch process）材料的分批計(jì)量（替代以前費(fèi)工費(fèi)時(shí)的稱重計(jì)量）；管道混合（blending）的控制。文獻(xiàn)[1]例舉若干具體應(yīng)用實(shí)例。

　　密度是CMF測(cè)量的第二參量，在生產(chǎn)過(guò)程中做品質(zhì)指標(biāo)控制，如溶液稀釋程度，交接時(shí)防止賣方有意稀釋；在溶液中求取溶質(zhì)濃度，測(cè)量溶液中溶質(zhì)流量或總量，如油井中流出油水混合液中油的產(chǎn)量；辨別流動(dòng)中液體種類，分路發(fā)送，如區(qū)分管系成品液和清洗液交替流動(dòng)，分送下游不同管道。

　　CMF早期僅用于液體，然后擴(kuò)展應(yīng)用于高壓氣體，到90年代初才有適用于中壓氣體的儀表。據(jù)Micro Motion公司稱：迄1997年該公司已有7500臺(tái)CMF應(yīng)用于氣體，其中服務(wù)于壓縮天然氣汽車加注站的CMF有6000臺(tái)①。

　　CMF應(yīng)用于高壓天然氣汽車加注站已趨成熟，漸成共識(shí)。OIML（法制計(jì)量組織）為此制訂“計(jì)量規(guī)程"，2000年1月發(fā)出第1稿委員會(huì)草案征求意見(jiàn)。在我國(guó)中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院開(kāi)發(fā)的CMF亦于1996年試用于汽車加注站，迄1999年已裝用了數(shù)十臺(tái)。

　　國(guó)外一市場(chǎng)分析公司對(duì)CMF應(yīng)用于各產(chǎn)業(yè)分布的估計(jì)：石油化工占57%，能源和公用事業(yè)18%，食品飲料和醫(yī)藥工業(yè)14%，其他11%，其中食品醫(yī)藥占有相當(dāng)比例。在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的產(chǎn)業(yè)是資金雄厚的石油、化工、能源等業(yè)，而食品工業(yè)用得很少。

5.2 儀表性能方面的考慮

5.2.1 測(cè)量度

　　（1）基本誤差、零點(diǎn)穩(wěn)定度、重復(fù)性誤差

　　CMF大部分以“量程誤差加零點(diǎn)不穩(wěn)定性"的方式表述基本誤差。這既不是引用誤差（常以%FS表示），又不是相對(duì)誤差的另一種表達(dá)方式，易使用戶產(chǎn)生度很高的錯(cuò)覺(jué)；若是零點(diǎn)不穩(wěn)定性較差的儀表，實(shí)際上在低流量或接近下限流量時(shí)，常有零點(diǎn)不穩(wěn)定性超過(guò)量程誤差許多倍，誤差較大，選用時(shí)應(yīng)予注意。

　　測(cè)量液體時(shí)，基本誤差中的量程誤差通常在±（0.1～0.5）%R之間，重復(fù)性誤差一般為基本誤差的1/4～2/3。同一儀表用于測(cè)量氣體時(shí)，測(cè)量度低于測(cè)量液體。例如測(cè)量液體時(shí)基本誤差為（±0.1%R+零點(diǎn)不穩(wěn)定性）的Elite系列CMF，制造廠聲稱測(cè)量氣體時(shí)為±0.5%R①，但有試驗(yàn)報(bào)告結(jié)論卻稱，測(cè)量誤差優(yōu)于±2%R，從報(bào)告附圖可見(jiàn)，在測(cè)量較低壓氣體時(shí)測(cè)量誤差接近或略超過(guò)1%，是零點(diǎn)不穩(wěn)定度起主要作用[2]。液體流量范圍度大部分在（10:1）～（50:1）之間，有些則高達(dá)（100：1）～（150：1）。用于測(cè)量低壓氣體應(yīng)注意到可測(cè)上限流量將大為降低，例如CMF100型（口徑25/40mm）在測(cè)0.175MPa壓縮空氣時(shí)zui大流量?jī)H為約4%原額定流量②。

　　通常用于氣體的CMF不用氣體校驗(yàn)，仍用水校準(zhǔn)的儀表常數(shù)，通常認(rèn)為兩者之間差別不大。實(shí)際還是有些差別，文獻(xiàn)[2]認(rèn)為CMF100型在流體密度從1000kg/m3(水)到2 kg/m3(0.175MPa空氣)的范圍內(nèi)，用制造廠校準(zhǔn)的儀表常數(shù)，度優(yōu)于2%，大部分誤差小于±0.5%③。

　　零點(diǎn)不穩(wěn)定性常以%FS或流量值kg/min表示，一般在±（0.01～0.04）%之間。若零點(diǎn)不穩(wěn)定性±0.04%FS和20:1范圍度的儀表，下限流量時(shí)因零點(diǎn)不穩(wěn)定性的誤差可能達(dá)到該測(cè)量點(diǎn)流量的±0.8%。

　?。?）靜壓變化影響量

　　CMF使用早期人們認(rèn)為流量測(cè)量值不受液體靜壓影響，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展和使用徑驗(yàn)的積累，證明是受流體靜壓影響。實(shí)際上流體壓力增加，增強(qiáng)了（測(cè)量）振動(dòng)管繃緊（stiffening）效應(yīng)和彎曲振動(dòng)管的布爾登效應(yīng)（Bourdon effect），影響儀表常數(shù)。雖然影響量并不太大，但對(duì)高度CMF是不能忽視。

　　例如Micro Motion公司的D300/D600型靜壓影響約為-（0.135～0.075）%/105Pa；CMF100/200/300型則較小，約為-(0.003～0.09)%105Pa④。影響量是單向的，可作補(bǔ)償。

　?。?）流體溫度影響量

　　流體溫度影響測(cè)量管材料的彈性模量和縛貼元件于測(cè)量管的粘合劑與繃帶的阻尼性，前者影響儀表常數(shù)（量程），后者影響零點(diǎn)。雖然CMF均置有溫度傳感器按彈性模量的溫度系數(shù)補(bǔ)償彈性模量的變化，然而溫度系數(shù)是平均統(tǒng)計(jì)值，因制造和熱處理上差異，與實(shí)際溫度系數(shù)間存在補(bǔ)償不足或過(guò)度的問(wèn)題，形成溫度影響量。影響量是雙向的。

　　例如，Micro Motion公司的D系列的溫度影響量為額定流量的±（0.01～0.1）%/10℃，CMF系列則較小，為±（0.0025～0.01）%/10℃④。

　　（4）實(shí)際測(cè)量度

　　評(píng)估實(shí)際工作條件下測(cè)量度可采用基本誤差、壓力影響量和溫度影響量的均方根求得。

5.2.2 流量范圍和壓力損失

　　前文提到CMF流量范圍度很大，實(shí)際上是由于上限流量定得很高所致，如按水密度計(jì)算名義口徑流速高達(dá)8～12m/s，甚至高達(dá)15～16m/s。而容積式或渦輪式等其他流量?jī)x表僅為3～5 m/s，約為CMF的1/3。CMF測(cè)量管內(nèi)流速還要高，因此大部分型號(hào)CMF的壓力損失較大，用于水等低粘度液體時(shí)為0.1～0.2MPa，選用時(shí)應(yīng)予注意。

　　按使用條件選擇CMF規(guī)格大小考慮的主要因素之一為估算儀表壓力損失（或稱壓力降）是在管系允許值之內(nèi)。在允許壓力降情況下，為獲得*測(cè)量度，使用的zui大流量盡可能在流量范圍內(nèi)選得高些。通常CMF的名義口徑小于（或等于）管徑，很少有大于管徑者。

　　CMF的壓力降隨著流體粘度增加而增加。圖3所示是D150型（口徑40/50mm）的不同粘度流體流量-壓力降關(guān)系線列圖①。μ=1mPa·s相當(dāng)于常溫水粘度，μ=0.01mPa·s相當(dāng)于大部分氣體的粘度。從圖上可以看出粘度為500mPa·s液體的壓力降為水的10倍。高粘度液體在儀表中流動(dòng)呈層流狀態(tài)，壓力降Δp和流量qm間呈線性關(guān)系（即Δp=kqmn ,式中n=1，k為系數(shù)）；低粘度時(shí)為湍流流動(dòng)，呈平方關(guān)系（即n=2）；中等粘度關(guān)系線為折線，小流量段呈層流，中高流量段為從層流轉(zhuǎn)向湍流過(guò)渡區(qū)流動(dòng)，n在1～2之間。
所使用液體的粘度在圖示線列之間，有建議可采用比例內(nèi)插法近似計(jì)算②，實(shí)際上只適用于高粘度液體層流流動(dòng)區(qū)，不適用于呈指數(shù)關(guān)系的湍流區(qū)和過(guò)渡區(qū)。
　　以CMF替代原有管線上其他類型流量?jī)x表的技術(shù)改造項(xiàng)目時(shí)，更要核算動(dòng)力泵揚(yáng)程能否滿足CMF所增加壓力損失，必要時(shí)調(diào)換較大揚(yáng)程的泵。

5.3 流體物性方面的考慮

　　基于科里奧利力僅取決于質(zhì)量流量而與流體物性和工況變化無(wú)關(guān)的工作原理，從而應(yīng)用CMF的初期人們認(rèn)為流體物性和工況不影響測(cè)量度。然而經(jīng)驗(yàn)表明響應(yīng)科里奧利力的測(cè)量變形受所測(cè)對(duì)象流程條件所干擾。流體物性和工況變化使測(cè)量管幾何形狀和性能出現(xiàn)某些變化，通常影響下列三個(gè)校準(zhǔn)參量中一個(gè)或二個(gè)：①幾何形狀和材料性能的校準(zhǔn)系數(shù)，②測(cè)量管材料彈性模量的溫度修正量，③針對(duì)傳感器不對(duì)稱的零偏置。性能完善化的CMF設(shè)計(jì)，力圖減少或消除這些影響，但還仍然存在。

5.3.1 流體溫度

　　流體溫度過(guò)高又可能損壞靠近測(cè)量管驅(qū)動(dòng)線圈和檢測(cè)探頭。應(yīng)用于流體易凝結(jié)的保溫或加熱管系，應(yīng)防止在流量傳感器處凝結(jié)，必要時(shí)選用保溫型CMF。

　　制造廠所提供流體工作溫度范圍，并不意味著在此范圍內(nèi)可保持常溫下校準(zhǔn)的性能。流體溫度或環(huán)境溫度變化會(huì)改變測(cè)量管材料的楊氏模量和產(chǎn)生零飄。楊氏模量的溫度影響經(jīng)電子線路補(bǔ)償，但也有可能殘剩一些影響量，零飄是受測(cè)量管形狀等非對(duì)稱性變化所形成，是不能再現(xiàn)的，尚難減小或消除。市場(chǎng)上CMF受溫度影響實(shí)際情況如何？

　　90年代初英國(guó)NEL（國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室）曾對(duì)多家制造廠CMF做過(guò)溫度影響量實(shí)流試驗(yàn)[1]。水溫變化范圍5℃～40℃，每改變一次水溫，在做流量試驗(yàn)前先調(diào)零，以后就不準(zhǔn)再調(diào)。8臺(tái)儀表中3臺(tái)無(wú)影響，1臺(tái)的儀表常數(shù)變化0.5%，2臺(tái)變化1%～1.5%，2臺(tái)變化1.5%～2%。5臺(tái)有變化的儀表溫度影響量范圍為±（0.014～0.057）%/℃，還是相當(dāng)大的。