5 應(yīng)用概況和選用考慮要點

5．1 應(yīng)用概況

　　CMF主測量參量是質(zhì)量流量，第二測量參量是流體密度，還有附加測量參量流體溫度。此外，從質(zhì)量流量和流體密度衍生出測量體積流量，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)的計量總量或控制/測量流量，具體說有：貿(mào)易結(jié)算交接計量或企業(yè)內(nèi)部核算計量；批量生產(chǎn)（batch process）材料的分批計量（替代以前費工費時的稱重計量）；管道混合（blending）的控制。文獻(xiàn)[1]例舉若干具體應(yīng)用實例。

　　密度是CMF測量的第二參量，在生產(chǎn)過程中做品質(zhì)指標(biāo)控制，如溶液稀釋程度，交接時防止賣方有意稀釋；在溶液中求取溶質(zhì)濃度，測量溶液中溶質(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，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①。

　　CMF應(yīng)用于高壓天然氣汽車加注站已趨成熟，漸成共識。OIML（法制計量組織）為此制訂“計量規(guī)程"，2000年1月發(fā)出第1稿委員會草案征求意見。在我國中國測試技術(shù)研究院開發(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。

　　國外一市場分析公司對CMF應(yīng)用于各產(chǎn)業(yè)分布的估計：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 測量度

　　（1）基本誤差、零點穩(wěn)定度、重復(fù)性誤差

　　CMF大部分以“量程誤差加零點不穩(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），又不是相對誤差的另一種表達(dá)方式，易使用戶產(chǎn)生度很高的錯覺；若是零點不穩(wěn)定性較差的儀表，實際上在低流量或接近下限流量時，常有零點不穩(wěn)定性超過量程誤差許多倍，誤差較大，選用時應(yīng)予注意。

　　測量液體時，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。同一儀表用于測量氣體時，測量度低于測量液體。例如測量液體時基本誤差為（±0.1%R+零點不穩(wěn)定性）的Elite系列CMF，制造廠聲稱測量氣體時為±0.5%R①，但有試驗報告結(jié)論卻稱，測量誤差優(yōu)于±2%R，從報告附圖可見，在測量較低壓氣體時測量誤差接近或略超過1%，是零點不穩(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）。用于測量低壓氣體應(yīng)注意到可測上限流量將大為降低，例如CMF100型（口徑25/40mm）在測0.175MPa壓縮空氣時zui大流量僅為約4%原額定流量②。

　　通常用于氣體的CMF不用氣體校驗，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。若零點不穩(wěn)定性±0.04%FS和20:1范圍度的儀表，下限流量時因零點不穩(wěn)定性的誤差可能達(dá)到該測量點流量的±0.8%。

　　（2）靜壓變化影響量

　　CMF使用早期人們認(rèn)為流量測量值不受液體靜壓影響，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展和使用徑驗的積累，證明是受流體靜壓影響。實際上流體壓力增加，增強(qiáng)了（測量）振動管繃緊（stiffening）效應(yīng)和彎曲振動管的布爾登效應(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，可作補償。

　　（3）流體溫度影響量

　　流體溫度影響測量管材料的彈性模量和縛貼元件于測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。雖然CMF均置有溫度傳感器按彈性模量的溫度系數(shù)補償彈性模量的變化，然而溫度系數(shù)是平均統(tǒng)計值，因制造和熱處理上差異，與實際溫度系數(shù)間存在補償不足或過度的問題，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）實際測量度

　　評估實際工作條件下測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，實際上是由于上限流量定得很高所致，如按水密度計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儀表僅為3～5 m/s，約為CMF的1/3。CMF測量管內(nèi)流速還要高，因此大部分型號CMF的壓力損失較大，用于水等低粘度液體時為0.1～0.2MPa，選用時應(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)）；低粘度時為湍流流動，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)向湍流過渡區(qū)流動，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)插法近似計算②，實際上只適用于高粘度液體層流流動區(qū)，不適用于呈指數(shù)關(guān)系的湍流區(qū)和過渡區(qū)。
　　以CMF替代原有管線上其他類型流量儀表的技術(shù)改造項目時，更要核算動力泵揚程能否滿足CMF所增加壓力損失，必要時調(diào)換較大揚程的泵。

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量度。然而經(jīng)驗表明響應(yīng)科里奧利力的測量變形受所測對象流程條件所干擾。流體物性和工況變化使測量管幾何形狀和性能出現(xiàn)某些變化，通常影響下列三個校準(zhǔn)參量中一個或二個：①幾何形狀和材料性能的校準(zhǔn)系數(shù)，②測量管材料彈性模量的溫度修正量，③針對傳感器不對稱的零偏置。性能完善化的CMF設(shè)計，力圖減少或消除這些影響，但還仍然存在。

5.3.1 流體溫度

　　流體溫度過高又可能損壞靠近測量管驅(qū)動線圈和檢測探頭。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)境溫度變化會改變測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)電子線路補償，但也有可能殘剩一些影響量，零飄是受測量管形狀等非對稱性變化所形成，是不能再現(xiàn)的，尚難減小或消除。市場上CMF受溫度影響實際情況如何？

　　90年代初英國NEL（國家工程實驗室）曾對多家制造廠CMF做過溫度影響量實流試驗[1]。水溫變化范圍5℃～40℃，每改變一次水溫，在做流量試驗前先調(diào)零，以后就不準(zhǔn)再調(diào)。8臺儀表中3臺無影響，1臺的儀表常數(shù)變化0.5%，2臺變化1%～1.5%，2臺變化1.5%～2%。5臺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。