您现在的位置: 网站首页 >  新闻资讯 > 技术文章

科氏质量流量计由于温度的变化带来的测量误差

科氏质量流量计由于温度的变化带来的测量误差,当前现场使用的大部分科氏质量流量计技术指标都为特定的状态下的测量性能定义,尤其流量的测量误差是在温度压力较小变化范围、流量又很稳定的测试和校正环境中的测量结果.实践证明,这一结果不能完全表征质量流量计在现场实际使用时的计量误差。因为科氏质量流量计在做理论分析时,为了便于分析简化甚至忽略了一些条件,得到了其不受温度、密度、粘度、压力等环境影响的结论,实际上性能指标仍然受环境的影响,其中温度的影响是较为突出的.温度的变化会引起质量流量计对流量、密度的测量误差.在实际高精度使用场合中必须考虑科氏质量流量计的温度效应。
      温度效应
      根据科氏质量流量计的构成和安装形式,可以把流量计的温度影响分成两部分:使用环境温度影响和介质工艺温度影响,使用环境的温度影响是指变送器由于环境温度变化引起转换电路温度漂移,介质工艺温度仅对传感器的测量输出有影响。
      1 使用环境温度影响
      大部分变送器采用模拟数字混合处理的结构形式,个别也有使用模拟处理数字显示的结构,使用环境温度变化会影响变送器信号模拟处理电路和模拟输出电路。
      众所周知,电路中的模拟器件存在着温度漂移.包括电阻、电容、运放、比较器、模拟数字之间转换器和电源。普通电阻的温度系数是150ppm/℃。而模拟电路的放大倍数基本上由电阻决定,也就是说由放大倍数决定的流量斜率(流量系数)约为150ppm/℃,如果环境温度有20℃的变化,将带来的流量测量误差为0.3%。若再考虑电容运放等器件的温度影响,模拟电路受温度的影响是很大的,例如我们曾经做过一台国产质量流量变送器的温度试验,它的温度系数为0.06%/℃,如果在我国东北地区使用。冬天和夏天的使用结果相比至少有3%的误差 
      模拟输出电路部分是指环流输出。有的变送器采用分离元件构成,有的采用集成电路构成,大部分生产厂已给出环流输出电路的温度系数,例如ZUBl型变送器的环流输出温度系数为0.0o5%/℃。这个指标可以满足大部分控制用场合的使用要求。使用环境温度与校准温度差别大,而且测量误差要求小。就需要校正以消除这种影响 
      2 介质工艺温度影响
      介质工艺温度的影响是指管道内介质温度变化对传感器的影响,这种影响分两方面:
      传感器流量斜率温度效应:主要是温度变化引起敏感管材料弹性模量变化,这种变化是固定的,因此可以通过测试求出补偿系数,实施补偿。另外,这种变化会使敏感管的固有频率发生变化。带来密度测量误差类似流量斜率补偿办法,采取补偿可以减小测量误差。
      流量零点温度效应:温度变化引起敏感管几何结构的不均衡变化,这种变化是没有规律的,见图1。因此无法定量精确补偿。
      解决办法及效果评估
      1 电路设计
      对环境温度影响这一问题的解决办法,主要是从模拟处理电路的设计及电子元器件的选用两个方面考虑,尽量选取温度系数小的电子元器件,减小由于电子元器件带来的电路温漂。但器件的温度漂移依然存在,尤其低温漂电容较难选择。所以除了选择低温漂器件外还应在处理电路设计上采用温度补偿设计,例如国外一种型号变送器就是在基本测量电路上增加补偿电路,通过模拟开关分时切换电路的不同输入,即在选择传感器输入进行测量后,再选择特定相位差信号源输入实现对电路的漂移测量。然后,在后续的数字处理中剔除电路的温漂量,实现温度漂移补偿,结果令人满意。表l给出了几种变送器的温度试验结果。
      2 数字补偿
      流量计中敏感管材料的弹性模量是随温度变化而变化的,而弹性模量的变化直接带来流量斜率的变化一般认为材料的弹性模量的温度系数是确定的,可以实时检测温度利用计算机进行数字补偿,为验证这一理论分析,我们选取ZUC系列中不同口径的流量计进行温度试验,这些流量计的敏感管的材料都是相同材料—316L,为了准确评估温度对流量斜率的影响,试验的流量计都是常温下性能较好的仪表。试验的数据见表2。为保证试验的准确性,按照以下几点要求进行试验:
      (1)测试温度变化梯度约5~10℃ ,最大范同40℃
      (2)每一温度点下,每一流量点测量3次,误差取平均值
      (3)测量同一流量点时的介质工艺温度变化不应大于1℃
      按照试验的数据结果,可以得出仪表的流量斜率温度系数5.41%/100℃ 。图2中标记蓝色为没有补偿时的误差,黑色为仪表引入温度补偿系数后的误差分布,可以看出变送器测量结果不再随温度变化而变化,由于传感器机械制造中的精度问题,带来传感器结构尺寸等不均衡,例如,敏感管的壁厚、弯制圆弧段的椭圆度、两管的对称度以及制造中带来的内部应力分布不均匀。当介质工艺温度发生变化时,势必带来传感器中不均衡的变化,由于这种不均衡是流量零点存在的主要原因,所以介质工艺温度的变化会带来流量零点的变化,并且这种变化是随机的,无规律可循,也就不能够被方便地进行补偿。
      当前对这部分误差的控制,采取的是根据现场的介质工艺温度变化范围,选择中间的温度进行零点标定,进而减小流量零点的温度效应。
      通过分析,可以看出温度对科氏质量流量汁的影响是客观存在的,生产厂必须采取优化的电路设计和低温漂元器件,才能保证所生产的变送器具有低温漂特性,满足现场使用要求;同时,用户在选型时也应该尽可能了解所选仪表的温度特性,以便掌握其性能指导实际使用.减小由于温度的变化带来的测量误差。
点击次数:  更新时间:2017-03-27 21:24:37  【打印此页】  【关闭