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科里奥利质量流量计的计量误差分析

发布时间:2019-04-16 16:33:22 浏览:

科里奥利质量流量计由传感器和变送器2部分构成, 能够同时测量质量流量、密度、温度等。当流体在振动管中流动时, 将产生与质量流量成正比的科里奥利力。当有流体经过时, 振动管在力矩作用下产生扭曲, 检测器间将存在相位差。流量计内部集成的微处理器将左右检测信号之间的滞后时间, 这个时间差乘上流量标定系数就可确定质量流量。科里奥利质量流量计的密度测量原理是振动频率与流体密度的平方根成反比, 通过测量振动频率确定流体密度。同时在流量计的振动管上装有热电阻, 实现了温度测量[1]

1 科里奥利质量流量计的计量精度

科里奥利质量流量计的测量精度较高, 以常用的罗斯蒙特和E+H为例, 罗斯蒙特ELITE系列科里奥利流量产品说明书中明确写着传感器对于液体与浆液测量的精度能够达到±0.1%, 而对于气体的测量的精度则能够达到±0.25%。与之配套使用的是罗斯蒙特的高准1000系列和2000系列变送器的产品, 在该产品的说明书中没有给出变送器精度, 但是厂家给出的是电流变送精度为±0.015%。E+H科式力质量流量计PROLINE PROMASS 83F系列产品说明书中明确写着对于液体测量的精度能够达到±0.1%, 而对于气体的测量的精度则能够达到±0.35%。

按照误差合成公式可知, 罗斯蒙特质量流量计 (在实际应用中针对质量流量计的检定装置以液体液体检定为主, 这里计算仅以液体为例) 的整表误差δ1见 (1) 式;E+H质量流量计的整表误差δ2见 (2) 式[2]:

 

由 (1) 、 (2) 式可见, 变送器电流输出对仪表整体精度的影响可以忽略不计, 可将仪表的整体精度定为±0.1%。

2 科里奥利质量流量计的计量误差

2.1 信号传输误差

受现场安装条件限制较大, 和电缆长度、电缆类型、电缆直径、屏蔽层是否完好、接地情况、现场是否存在电磁干扰、电磁噪声、接线是否牢固、电缆锈蚀情况等等因素有关, 是不可测的干扰因素, 必须针对每台计量表的实际情况进行检测分析[3]

2.2 安全栅信号转换误差

安全栅以我们常用的MTL和P+F为例, MTL模拟量输入安全栅MTL4541/S说明书中给出, 安全栅在20℃时的转换偏差为±15μA, 同时随温度变化还有±0.8μA/℃的漂移。在不考虑温度影响的前提下, 按照上面的公式计算, MTL4541/S的转换精度为±15μA/ (20 mA-4 mA) ×100%=±0.09%。

P+F模拟量输入安全栅KFD2-STC4-EX1说明书中给出, 安全栅在20℃时的转换偏差为10μA, 同时受周围温度变化的影响±0.25μA/℃。同样不考虑温度的影响, 按照上面的公式计算, P+F KFD2-STC4-EX1的转换精度=10μA/ (20 mA-4mA) ×100%=±0.06%。以上为忽略但以上2种安全栅厂家给出的精度均为±0.1%。

2.3 DCS系统误差

DCS系统误差的计算, 以进口的横河CS3000系统和国产的浙大中控ECS700系统为例, 横河CS3000系统的模拟输入卡AAI143的性能指标中标明精度为±16μA, 同样按照前面的精度计算公式, 得出卡件精度= (绝对误差的最大值/仪表量程) ×100%=±16μA/ (20 mA-4 mA) ×100%=±0.1%。中控ECS700系统的模拟输入卡型号为AI713-H, 该卡的性能指标中标明精度同样为±16μA, 计算卡件精度为±0.1%。

2.4 模拟传输计量系统误差

在质量流量计采用4~20 mA模拟信号并进入DCS的计量系统中, 质量流量计按照整表误差±0.1%计算;信号传输误差由于需要根据具体情况进行分析, 暂不考虑;安全栅信号转换误差和DCS系统误差均为±0.1%, 由于计量系统误差的正负和大小无法确定, 该系统误差同样符合未定系统误差的特征[4], 误差合成公式见 (3) 式:

 

3 存在问题

使用科里奥利质量流量计的计量系统中, 安全栅和DCS系统带来的误差高达仪表本身误差的73%。信号传输误差无法计算, 且一旦信号电缆遇到虚接、短路、断路、强信号干扰等问题时, 势必会造成模拟信号传输错误, 进而造成瞬时流量指示错误、流量累积量错误, 如果是贸易结算表, 就容易引起贸易纠纷, 影响企业效益和企业形象[5]

4 解决方案

4.1 Modbus协议

Modbus是一种串行通信协议, 是Modicon公司于1979年为使用可编程逻辑控制器 (PLC) 通信而开发设计并发表的。现在Modbus协议已经在工业领域广泛使用, 并成为工业领域通信协议的通用标准, 并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式, 具有标准、开放、免费、支持多种通讯接口、广泛应用、协议公开、格式通俗易懂等特点。

4.2 功能实现

横河CS3000系统和浙大中控ECS700系统均有专用于Modbus通讯卡件, 对应的型号分别为ALR121和COM741-S01, 只要进行相应的组态, 都能够在DCS和具有Modbus通讯功能的设备间进行通讯了, 罗斯蒙特和E+H的科里奥利质量流量计具备Modbus通讯功能。我们需要匹配:物理接线 (RS485) 、波特率 (一般为:9600) 、停止位 (通常为:1) 、校验方式、设备位号、Modbus通讯地址等, 完成上述设置后DCS就可以和质量流量计通讯了。然后根据质量流量计厂家提供质量流量、体积流量、密度、温度等参数的寄存器地址, 就能将质量流量计的这些参数全部实时的读取到DCS中, 保证了数据传输转换过程中, 没有增加额外的误差。

5 结束语

采用Modbus通讯方式较采用4~20 mA模拟信号计量系统误差减少了73%, 由于质量流量计本身能够测量介质的质量流量、体积流量、密度、温度等参数, 并能够记录质量累计量、体积累计量等, 但不具备记录历史流量、历史温度的功能