试谈实时压力补偿在Micro Motion质量流量计流量与密度测量中的实现
MicroMotion科里奥利质量流量计原理介绍讲解
zKero = 传感器无流量时的相差 流量温度修正，5.13%/100C
FTC = 温度变化100C时由于流量管刚性变化而引起的流 量百分比误差
质量流量计算 (由变送器进行) 质量流量 f=lowKX(△t- zKero )X(1-(FTCXT DegC ))
过程连接
接线盒
过程连接 分流
传感器推荐安装方向
液体
气体
浆液
同样可用于液体或气体 , 或者当要求自排空时.
流量管朝下 流量管朝上
对于小口径 ELITE 传感器, 当用ห้องสมุดไป่ตู้浆液时 也推荐流量管朝上.
旗式
将液体或 浆液向上打 (如图示). 将气体向下打.
传感器管道安装的建议
流向
下游阀 弯头 • 避免扭曲/弯曲应力 • 下游阀用于调零 • 弯头避免冷凝水进入接线盒 • 传感器和变送器之间最长电缆限制1000 ft (300 m)
变量的直接测量
• 高准(Micro Motion)科氏流量计直接测量以下变量: 质量流量 密度 温度
• 其他变量是间接测量的. 这些变量是由直接测量的变量推导而来的: 体积流量 总量(质量或体积)
传感器操作原理
振动的流量管, 无流量
出口 入口
支撑轴 出口侧
入口侧
入口侧
出口侧
振动的流量管, 有流量
出口 入口
密度测量原理
固定端
密度测量
密度标定系数
密度标定系数(在标定时得出)
K 1 传感器注入低密度标定介质(空气)时的管道周期 D 1 低密度标定介质的密度 K 2 传感器注入高密度标定介质(水)时的管道周期 D 2 高密度标定介质的密度 T c 温度变化100C时由于流量管刚性变化而引起的
高准 (Micro Motion
0.10
压降 psi[ 磅 / 英寸 2] bar[ 巴 ]
0.1
0.45
14.2
0.01
0.03
0.98
密度性能指标 （仅液体）
精度 (1)
±0.001 g/cm3
±1.0 kg/m3
重复性
±0.0005 g/cm3
±0.5 kg/m3
量程
上至 5 g/cm3
上至 5000 kg/m3
(1) 所列的精度及重复性为要求标定选项代码 1 的指标 （见 第 40 页）。要求其它标定选项时，精度为± 0.002 g/cm3 （2.0 kg/m3），重复 性为± 0.001 g/cm3 （± 1.0 kg/m3）。
4
F 系列科里奥利流量和密度仪表
气体流量性能指标
选择传感器用于气体测量时，流体的质量流量的测量精度独立于操作温度，压力，或组分。然而，传感器的压降取决于操作温度， 压力和流体的组分。所以，在选择传感器用于任何气体测量时，强烈建议使用高准的选型软件对每一台传感器进行选型计算。高准 的选型软件 （Micro Motion's product selector）可从网站 获得。
174
276
50
1366
667
1055
140
3814,865
7270
11,512
天然气产生大约 50 psid (3.4 bar) 压降时的流量(3)
F025 F050 F100 F200 F300
16 49 189 523 1856
445 1358 5162 14,490 50,989
0.0008 0.002 0.010 0.031 0.096
0.1765 0.544 2.177 6.965 21.76
浅谈质量流量计在工作中的压力补偿
Ｄ ０ ３０ Ｃ ２０ ＂ ０
对流量精度的影响Ｉ 流量 对 密 度 柯 度 的 影 响
／ ｓ Ｐｉ
－ ．０ ００９ － ．０ ８ － ０ ０ ０
ｇｅ２Ｐｉ ／ｒ ， ｓ ａ
－ ． ０ ０ ０ ００ １ ０ ０ ００ ．０ ０ １
ｃ Ｆ ０ Ｉ３０
Ｃ ４０ ＂ ０
－ ．０ ６ － ０ ０ ０
—
【］ １ 范立勇．工作压力 对科 氏力质量流量 计的影响》天津石化公 司计量处． 《
使 用 中 的压 力 补 偿 。
【 键 词 】科 氏 力 质 量 流 量 计 流 量 计 精 度 压 力 补 偿 关 中图分类 号 ：Ｔ １ ＋ ６ 文 献标 识码 ：Ｂ 文章编 号 ：ｌ ０ —０ ７２ １ ） ７２ ５ ０ Ｈ８ ４ ． ０ ９４ ６ （ ０ ｏ ｏ － ０ — １
影响越 大 。
２２ ２ 不 同型 号 的流 量 计在 偏 离 标定 压 力 时 ， 其 精度 的影 响 ．．、 对
从罗期猛特公司提供的各种型号传感器的工作压力对其流量精度、 密 度精度的影响表 ，可以得出这个结论。 如表 ２ 如示。 表２ 各型号传感器工作压力对其流 量精度 、 密度精度的影响表
浅谈 质量 流 量计 在工作 中的 压 力补偿
赵 兴伟 中油 辽 宁鞍 山销 售 分公 司 辽 宁省 鞍 山 市 【 摘 要 】科 氏 力质 量 流 量 计 能够 直接 测 量 流体 质 量 的 优 点 ，在 我 国从 ９０年 代 初 进 入 工 业 测量 领 域 以来 ，应 用越 来越 广泛 。石 油 行 业 ，每 天 涉 及 到 诸 多计 量 工作 ；如 果 在 计 量 上 的 一 些 细 节存 在 问 题 ，对 于 企 业 的 形 象和 经 济效 益 都 会 有 较 大 的影 响 。 本文 以石 油库 付 油 及 管 输 作 业 实 际 ， 论 述 了过 程 压 力 因 素 对 流 量 计 精 度 的 影 响 。 着 重 阐 述 ， 罗斯 猛 特 质 量 流 量 计 （ ００ 型 、 ｃＭＦ５００ 型 ） 在 实 际 Ｄ５
罗斯蒙特质量流量计测量原理及应用
罗斯蒙特质量流量计测量原理及应用摘要：本文主要介绍了罗斯蒙特科氏力质量流量计（CMF）传感器、变送器的工作原理，详细介绍了流量计的质量流量测量原理和密度的测量原理、变送器的信号特性、DSP数字信号处理器特性以及应用。
质量流量测量原理一台质量流量计的计量系统包括一台传感器和一台用于信号处理的变送器。
Rosemount质量流量计依据牛顿第二定律：力=质量×加速度（F=ma）如图1所示，当质量为m的质点以速度V在对P轴作角速度ω旋转的管道内移动时，质点受两个分量的加速度及其力：（1）法向加速度，即向心加速度αr，其量值等于2ωr，朝向P轴；（2）切向角速度αt，即科里奥利加速度，其值等于2ωV，方向与αr垂直。
由于复合运动，在质点的αt方向上作用着科里奥利力Fc=2ωVm，管道对质点作用着一个反向力-Fc=-2ωVm。
当密度为ρ的流体在旋转管道中以恒定速度V流动时，任何一段长度Δx的管道将受到一个切向科里奥利力ΔFc：ΔFc=2ωVρAΔx （1）式中，A—管道的流通截面积。
由于存在关系式：mq=ρVA 所以：ΔFc =2ωqmΔx （2）因此，直接或间接测量在旋转管中流动流体的科里奥利力就可以测得质量流量。
传感器内是U型流量管（图2），在没有流体流经流量管时，流量管由安装在流量管端部的电磁驱动线圈驱动，其振幅小于1mm，频率约为80Hz，流体流入流量管时被强制接受流量管的上下垂直运动。
在流量管向上振动的半个周期内，流体反抗管子向上运动而对流量管施加一个向下的力；反之，流出流量管的流体对流量管施加一个向上的力以反抗管子向下运动而使其垂直动量减少。
这便导致流量管产生扭曲，在振动的另外半个周期，流量管向下振动，扭曲方向则相反，这一扭曲现象被称之为科里奥利(Coriolis)现象，即科氏力。
根据牛顿第二定律，流量管扭曲量的大小完全与流经流量管的质量流量大小成正比，安装于流量管两侧的电磁信号检测器用于检测流量管的振动。
在DCS中实现流量计量的温度压力补偿
在DCS中实现流量计量的温度压力补偿天津石化公司化纤厂200kt/a PET纺丝装置的自动控制系统采用Honeywell公司的TPS系统实现。
公用工程系统的流量计量是在DCS中组态完成的，但在DCS中实现流量计量时仅采用对瞬时流量累计的方法，忽视了温度、压力波动所带来的偏差。
在一般情况下流体工况稳定（温度，压力参数基本稳定）的流量计量系统中，由于工况波动所产生的误差是在一个允许的范围内。
在聚酯短丝的生产过程中蒸汽等介质的温度、压力波动极大，这是由于短丝的生产性质决定的。
在短丝的生产过程中蒸汽用量随时都可能大范围波动，从停车到小负荷到满负荷运转经常变化。
另外，由于管线长压力损失也很大，以致压力达不到设计要求，经常发生压力下限报警。
如果压力降低得很多或蒸发前湿度较低，则因水滴蒸发而使温度降低后仍高于新的压力所对应的饱和温度，则蒸汽变为过热状态[1]，而设计条件为饱和蒸汽。
此外，现蒸汽流量的测量单位是质量流量单位；气体流量的计量单位是体积流量单位，而由孔板或涡街测量的均为体积流量，要实现质量流量的计量需进行温度、压力的补偿。
由于以上原因，流量计量时仅采用对瞬时流量累计的方法，忽视了温度、压力波动所带来的偏差，这对压力变化比较大的工况是不适宜的。
解决的办法就是在测量中引入温度和压力补偿的方法来实现实时的流量温压补偿，将体积流量转变为质量流量。
1 温度压力补偿及基本公式在Honeywell的DCS中有专用的Flowcomp模块进行流量补偿。
此模块可用于补偿温度、压力、比密度或分子量变化的流量测量。
被测介质可以是气体，蒸汽和液体。
原理如图1所示。
注：简化等式PVCALC=F*Compterm，F—未补偿的流量；Compterm有5种形式—A 液体，B 气体，蒸汽 C 气体、蒸汽（特定引力），D 气体、蒸汽的体积流量，E 蒸汽FLOWCOMP模块的使用取决于Compterm的形式选择。
补偿输入端引自各变量的PV输入端。
质量流量计工作原理
质量流量计工作原理
质量流量计是一种用于测量流体流量的设备，它基于质量守恒原理和测量原理来实现流量测量。
其工作原理如下：
1. 测量原理：
质量流量计采用物理或机电式传感器来测量流体的质量流速。
其中常见的测量原理包括热失重法、振荡法、压差法等。
以下以热失重法为例进行说明：
热失重法根据流体通过传感器时所带走的热量的变化来间接测量流量。
通过在流体流经路径上放置一个加热元件和一个温度传感器，当流体流经时，加热元件会将一定量的热量传递给流体，而温度传感器则测量流体的温度变化。
根据温度变化的幅度和速度，可以计算流体的质量流速。
2. 工作原理：
在工作时，质量流量计将被测流体引导通过测量路径，流体流经路径时会与传感器发生热量交换或其他物理变化。
传感器会将这种变化转化为电信号，然后传递给信号处理部分进行分析和计算。
信号处理部分通常包括放大器、滤波器、模数转换器等，它们将传感器产生的微弱信号放大、滤波并转化为数字信号。
数字信号经过计算和解析后可以得到流体的质量流速数据。
3. 数据处理与输出：
质量流量计通过处理和分析传感器所产生的信号，得出准确的质量流速数据。
这些数据可以通过显示屏、通信接口等方式进行输出，供使用者查看和使用。
质量流量计工作原理基于测量原理和信号处理，通过测量流体的物理变化、数值计算和数据分析来实现对流体质量流速的测量和输出。
科里奥利流量计工作原理(中文)
22
高准 (Micro Motion) 传感器：直管型 － RTD
�
高准 (Micro Motion) 直管型科里奥 利传感器拥有两个独立温度测量电 路。 其中一个温度测量电路包含了一个 直接与流量管连接的 RTD，可测量 介质经过流量管时的温度。 另一个温度测量电路包含三个 RTD： 两个位于基准管上，第三个位于保 护壳上。这三个 RTD 用于校正保 护壳、基准管和流量管之间的温差。 高准 (Micro Motion) 的这种测量电 路可实现在不同温度条件下进行精 确的流量和密度测量。
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11
高准 (Micro Motion) 传感器：弯管型 － RTD
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一个 100 欧姆的 铂电阻温度检测 器 (RTD)，可提 供流量管温度信 号。
12
高准 (Micro Motion) 传感器：弯管型 － 过程接头
�
过程接头有时被称为 端连接或接头。为 确保成功连接过程接 头，连接法兰必须相 匹配。
21
高准 (Micro Motion) 传感器：直管型 － 检测线圈和磁铁
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高准 (Micro Motion) 直 管型科里奥利传感器的检 测线圈位于基准管上，而 磁铁则位于流量管上。这 些电磁检测器会产生一个 代表在振动管上该点的流 量和位置的信号。通过计 算这些信号间的相位差， 可计算出质量流量。
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高准传感器：学习目标
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完成本章节后，您应 了解高准 (Micro Motion) 的科里奥利 弯管型和直管型传感 器的各个部件，其中 包括：流量管、驱动 线圈和检测线圈及其 磁铁、过程接头、核 心处理器，以及其他 等等。
7
高准 (Micro Motion) 传感器：弯管型 － 概述
质量流量计密度测量原理
质量流量计密度测量原理本文旨在深入探讨质量流量计在密度测量方面的应用原理和方法。
我们将从以下几个方面展开讨论：质量流量测量、流体密度测量、流体温度和压力测量、流体粘度测量、流体压缩性测量、流体密度修正以及误差分析和修正。
1.质量流量测量质量流量测量是流量计量的重要环节，主要方法包括直接测量和间接测量。
直接测量通过测量流体的重量或者质量来确定流量，而间接测量则是通过测量与流量相关的其他物理量（如压力、温度和体积等）来计算流量。
质量流量计可以直接测量流体的质量，具有较高精度和可靠性。
2.流体密度测量流体密度是描述单位体积流体质量的重要物理量。
流体密度的测量方法主要有直接测量和间接测量。
直接测量通过测定单位体积流体的质量来确定密度，如使用密度计。
间接测量则是通过测量与密度相关的其他物理量（如重度、比容等）来计算密度，如使用压力传感器和温度传感器等。
3.流体温度和压力测量温度和压力是影响流体密度的重要因素，因此在密度测量时需要同时测定流体的温度和压力。
温度测量一般使用温度计或温度传感器，压力测量则可使用压力传感器或压力表。
对于高压或真空环境下的密度测量，还需考虑气体压缩性对密度测量的影响。
4.流体粘度测量流体粘度是描述流体流动特性的物理量，对密度测量具有一定影响。
一般而言，高粘度流体的密度比低粘度流体的密度大。
粘度测量方法主要有毛细管粘度计和旋转式粘度计等。
在进行密度测量时，一般不直接测定流体的粘度，而是通过测定与其相关的其他物理量（如摩擦力、流量等）来计算粘度。
5.流体压缩性测量流体的压缩性是指在一定压力或温度变化条件下，流体的密度发生相应变化的现象。
压缩性的大小与流体的性质、温度和压力等因素有关。
对于易压缩的流体，密度的变化较大；对于不可压缩的流体，密度的变化较小。
压缩性的测量方法主要有等温压缩试验和变压分析等。
6.流体密度修正在实际应用中，我们通常通过质量流量计和其他传感器（如温度、压力传感器）来测定流体的密度。
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试谈实时压力补偿在Micro Motion质量流量计流量与密度测量中的
实现
【摘要】本文介绍了在Micro Motion质量流量计流量与密度测量中压力补偿的情况，对采用1700/2700型变送器流量和密度测量进行实时压力补偿的情况进行分析。
【关键词】实时压力补偿质量流量计流量密度测量
随着科里奥利力质量流量计的广泛应用，人们逐渐认识到质量流量计在使用过程中压力变化对测量精度的影响。
这种压力影响是由于过程压力偏离校准压力而导致的传感器流量和密度灵敏度的变化。
Micro Motion质量流量计以其高精度、高可靠性等优点，在石化行业贸易计量领域占有较大份额。
本文就以Micro Motion质量流量计为例探讨如何在流量与密度测量中实现实时补偿。
1 关于流量测量的压力补偿情况
不同校准压力且实际工作压力相对稳定的工况条件下，对传感器流量校准的系数进行调整，从而达到流量测量的压力补偿[1]。
对于流量校准系数的前五位数字，采用的是以下等式的数字：
KF原[1+0.01KP（P测量-P校准）]=KF新（式1）
KF新是指进行压力补偿后流量校准系数；KF原是指没有进行压力补偿的流量校准系数；KP是对流量的压力补偿系数；P测量是传感器入口的表压力（psi）；P校准则代表校准流量计流量时的表压力（psi）。
例如，100磅/英寸2的表压力情况下的CMF300型传感器。
在20psig的情况下对流量进行校准之后，那么传感器的流量系数是697.624.75。
KF新=697.95
在新的流量校准系数中，其中包含温度系数3位，为697.624.75。
D300、D600、DL100、DL200以及CMF300型传感器，在与流量计流量校准压力差值较大且有相当大的压力变化时，对流量的输出进行调整，使得实时压力补偿在流量测量中得到实现。
流量输出可以使用以下等式：
Qm测量[1+0.01KP（P测量-P校准）]=Qm补偿
（式2）
Qm补偿表示实行压力补偿之后的质量瞬时流量；Qm测量表示没有实行压
力补偿的质量瞬时流量。
2 关于密度测量的压力补偿情况
不同校准压力且实际工作压力相对稳定的工况条件下，可以对密度校准的系数进行调整，从而达到密度测量的压力补偿[1]。
CMF300型传感器进行密度校准时，主要是调整K2的密度系数；而D300、D600、DL100以及DL200型传感器进行密度校准时，主要是调整密度校准系数中的第二个五位数字。
首先：利用以下公式得到密度位移的数值：
KP（P测量-P校准）=密度位移（式3）
KP表示密度的压力补偿系数；P测量表示传感器入口表压力（psi）；P校准表示校准流量计密度时的表压力（psi）。
其次，得到密度位移的数值之后，对压力补偿后的密度进行计算：
密度位移+测得的密度=压力补偿后的密度
最后，得出压力补偿后的密度后，在利用以下公式对K2密度系数进行计算，或是计算密度校准系数的第二个五位数字。
[（K2原-K1）*测得的密度/压力补偿后的密度]+K1 =K2新（式4）
[（第二个五位数字原-第一个五位数字）*（测得的密度/压力补偿后的密度）]+第一个五位数字=第二个五位数字新（式5）
例如，当1700/2700型变送器与具有316L不锈钢流量管的D300型传感器联接时，流量计显示的密度是0.995g/cm3，0.998g/cm3是进行压力补偿后的密度。
在密度校准系数的第一个五位数字为09615，第二个五位数字为13333。
13325=第二个五位数字新
在新的密度校准系数有13位，其中温度的密度系数为09615133254.4。
D300、D600、DL100、DL200以及CMF300型传感器，在与密度校准压力差值较大且有相当大的压力变化时，对密度的输出进行调整，使得实时压力补偿在密度测量中得到实现。
密度输出可以使用以下等式：
测得的密度+[KP（P测量-P校准）]=压力补偿后的密度（式6）
采用Micro Motion 1700/2700型变送器对流量与密度测量进行实时压力补偿
图1？1700/2700型变送器实时压力补偿接
线图
假如已经知道传感器入口的压力情况，在对流量与密度测量进行实时压力补偿，可以采用个人计算机或是外部仪表进行计算[2]。
1700/2700型变送器能够补偿传感器流量管的压力影响。
配置压力变送器输出模拟信号（HART），以获取实时压力值。
压力变送器与流量计算机毫安输入端子连接；1700/2700型变送器和流量计算机的毫安输入端子连接。
实时压力补偿在流量与密度测量中得以实现的步骤为：
第一，对变送器HART地址进行设定：1700/2700变送器的HART地址设置为1，压力变送器的HART地址设置为0，并对压力变送器的标签进行定义（如定义为PT01）。
第二，对流量校准时的压力进行设定。
通常情况下，流量计出厂时的校准压力为20psig，假如用户对流量重新进行校准，并对变送器的使用压力输入实行压力补偿，那么用户必须设定校准的压力值[3]。
第三，对流量和密度的压力补偿系数进行设定。
两个附加的压力补偿系数可以被组态流量和密度。
定义如下：
流量系数—每psi压力对应的流量变化百分比；
密度系数—流体密度变化，in g/cm3/
psi；
不是所有的传感器或应用都需要压力补偿系数。
数值与传感器产品数据表查到压力影响值符号相反。
第四，设置压力补偿方式为轮询方式。
使用Prolink II 软件对1700/2700变送器进行压力补偿的设定：选择External Pressure Compensation（使用外部压力数据）；在External Tag文本框内，输入要轮询的压力变送器的标签（如PT01）。
第五，检查实时压力值。
在Prolink II软件Current Value文本框中查看接收到的实时压力信号值。
3 结束语
综上所述，按照上文中的接线方式，并做相应设置后，那么1700/2700型的变送器就能够实现在Micro Motion质量流量计流量和密度测量的实时压力补偿。
参考文献
[1] 王浩，范广涵，廖常俊，周天明.应用最小二乘法完善质量流量计的工作曲线[J].仪器仪表学报. 2008（06）
[2] 麦金洪.科氏力质量流量计的原理和应用[J].科技咨询导报. 2008（20）
[3] 龚苏妮，黄海珍.科里奥利质量流量计的应用[J]. 大众科技. 2011（07）
作者简介
娄娟（1982.07--）女，河北邯郸，硕士研究生，仪表部主任研究方向：工业电气自动化。