CN110081943B - 一种科氏力质量流量计温度补偿的方法 - Google Patents

一种科氏力质量流量计温度补偿的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种科氏力质量流量计温度补偿的方法，通过在科氏力质量流量计上增加环境温度传感器检测环境温度场，将其参与计量数据分析，找出了与环境温度场对流量测量的影响；并通过算法对介质温度和环境温度所造成的影响进行补偿，使科氏力质量流量计在环境温度、介质温度变化时能准确检测质量流量。解决了科氏力质量流量计在温度变化时流量测量受测量温度迟滞产生测量误差的问题；同时解决了环境温度场对流量计测量准确性的影响问题，可以使科氏力质量流量计使用于更广阔的应用场所。

Description

一种科氏力质量流量计温度补偿的方法
技术领域
本发明属于质量流量测量技术领域，尤其是涉及一种科氏力质量流量计温度补偿的方法。
背景技术
科氏力质量流量计可以用来测量通过敏感管的各形态流体介质；根据科氏力原理，只要是单相状态介质，科氏力质量流量计就能很好测量，但实际测量中受介质压力、温度、粘度的影响，所得测量值有所差异。另外，科氏力质量流量计敏感管的测量信号本身很小，一点小小的影响对测量数据所造成误差影响就足够大。
在各种影响因素中，温度对流量计测量准确性的影响较为显著，温度包括介质温度和环境温度场，其中介质温度对测量准确性的影响在流量计内部已经进行了修正，但这种修正在介质温度变化剧烈的情况下具有滞后性。环境温度场对流量计测量准确性的影响较为隐蔽，一般体现为流量计安装应力，这种应力需要用专门的检测设备检测，如果应力较大，将会极大的影响测量准确性。目前在环境温度补偿方面，缺少有效及时的环境温度补偿方法。一般在流量计量准确度要求较高的情况下，通常通过对流量计重新安装消除应力或者等待应力自动消除再进行使用。
发明内容
为了解决现有介质温度补偿在温度剧变情况下，存在补偿滞后性及缺少有效及时环境温度补偿方法的技术问题，本发明提供了一种科氏力质量流量计温度补偿的方法。
一种科氏力质量流量计温度补偿的方法，所述的科氏力质量流量计包括流量传感器和变送器，流量传感器壳体的特征面上设置有至少两组环境温度传感器，流量传感器壳体的每组特征面对应一组环境温度传感器，所述流量传感器壳体的特征面是指流量传感器壳体的一个面，所述流量传感器壳体的每组特征面是指流量传感器壳体上相对应设置的两个面，所述的一组环境温度传感器包括两个环境温度传感器，每个环境温度传感器设置在一个特征面上，分别用于检测两个相对设置的特征面的温度；环境温度传感器的输出端与变送器连接；
所述一种科氏力质量流量计温度补偿的方法包括环境温度补偿方法，具体步骤如下：
1)设置环境温度场检测点
环境温度场检测点设置在流量传感器壳体的至少两组特征面上，通过设置在特征面上的环境温度传感器对特征面的温度进行检测，每组特征面包括两个相对设置的特征面，各特征面能够反映流量传感器所处环境的温度分布；
2)按照计量检定规程，将科氏力质量流量计标定合格；
3)在检定合格的科氏力质量流量计上，使用局部加温方式对流量传感器各组特征面分别进行加温，每次只对一组特征面进行温度控制，使一组特征面所包含的两个特征面具有温差，在检定装置上进行流量测量，计算每一组具有温差的特征面所对应的平均相对误差；
4)将平均相对误差除以该组所对应的两个特征面的温差，得到该组特征面温度场变换系数N；
5)依据各组特征面温度场变换系数，求出环境温度场影响流量系数kT的表达式:
kT＝N1·ΔT1+.....Nm·ΔTm
其中N1表示第一组特征面的温度场变换系数；ΔT1表示第一组特征面的温差；Nm表示第m组特征面的温度场变换系数；ΔTm表示第m组特征面的温差；m为大于等于2的自然数；
6)根据环境温度场影响流量系数kT,变送器在实时测量流量的过程中，按照下式对科氏力质量流量计的流量值进行补偿：
Q`＝(1-KT)·Q
其中，Q为补偿前的质量流量值，Q`为补偿后的质量流量值。
一种科氏力质量流量计温度补偿的方法，所述的科氏力质量流量计包括流量传感器和变送器，流量传感器的测量管上还设置有用于测量管内介质温度的介质温度传感器，所述的介质温度传感器的输出端与变送器连接；
所述一种科氏力质量流量计温度补偿的方法包括介质温度变化滞后补偿，变送器在实时测量流量的过程中，按照下式对科氏力质量流量计的流量值进行补偿：具体如下：
Q`＝(1+γT)·Q
其中，Q为补偿前的质量流量值，Q`为补偿后的质量流量值；
γT为温度滞后变化率，
Figure BDA0002030779330000031
Τ为介质变化前温度，Τ`为介质变化后温度，Τ与Τ`的时间间隔为30-60s；TC为介质温度补偿系数，为常数。
一种科氏力质量流量计温度补偿的方法，所述的科氏力质量流量计包括流量传感器和变送器，流量传感器的测量管上还设置有用于测量管内介质温度的介质温度传感器，流量传感器壳体的特征面上设置有至少两组环境温度传感器，流量传感器壳体的每组特征面对应一组环境温度传感器，所述流量传感器壳体的特征面是指流量传感器壳体的一个面，所述流量传感器壳体的每组特征面是指流量传感器壳体上相对应设置的两个面，所述的一组环境温度传感器包括两个环境温度传感器，每个环境温度传感器设置在一个特征面上，分别用于检测两个相对设置的特征面的温度；介质温度传感器和环境温度传感器的输出端与变送器连接；所述一种科氏力质量流量计温度补偿的方法包括环境温度补偿和介质温度变化滞后补偿，具体步骤如下：
1)获取环境温度场影响流量系数kT的表达式
1.1)设置环境温度场检测点
环境温度场检测点设置在流量传感器壳体的至少两组特征面上，通过设置在特征面上的环境温度传感器对特征面的温度进行检测，每组特征面包括两个相对设置的特征面，各特征面能够反映流量传感器所处环境的温度分布；
1.2)按照计量检定规程，将科氏力质量流量计标定合格；
1.3)在检定合格的科氏力质量流量计上，使用局部加温方式对流量传感器各组特征面分别进行加温，每次只对一组特征面进行温度控制，使一组特征面所包含的两个特征面具有温差，在检定装置上进行流量测量，计算每一组具有温差的特征面所对应的平均相对误差；
1.4)将平均相对误差除以该组所对应的两个特征面的温差，得到该组特征面温度场变换系数N；
1.5)依据各组特征面温度场变换系数，求出环境温度场影响流量系数kT的表达式:
kT＝N1·ΔT1+.....Nm·ΔTm
其中N1表示第一组特征面的温度场变换系数；ΔT1表示第一组特征面的温差；Nm表示第m组特征面的温度场变换系数；ΔTm表示第m组特征面的温差；m为大于等于2的自然数；
2)根据环境温度场影响流量系数kT，变送器在实时测量流量的过程中，按照下式对科氏力质量流量计的流量值进行补偿：
Q`＝(1-KT)·Q
其中，Q为补偿前的质量流量值，Q`为补偿后的质量流量值；
3)监测介质温度变化，对步骤2)中的表达式增加介质温度变化滞后补偿，对科氏力质量流量计的值同时进行环境温度补偿和介质温度变化滞后补偿，变送器在实时测量流量的过程中，按照下式对科氏力质量流量计的流量值进行补偿：
Q`＝(1-kT)·(1+γT)·Q
其中，Q为补偿前的质量流量值，Q`为补偿后的质量流量值；
γT为温度滞后变化率，
Figure BDA0002030779330000041
Τ为介质变化前温度，Τ`为介质变化后温度，Τ与Τ`的时间间隔为30-60s；TC为介质温度补偿系数，为常数。
进一步的，所述的两组环境温度传感器，至少有一组环境温度传感器设置在靠近流量传感器入口端和出口端的两个特征面上。选取环境温度场检测点时，也一定选取了靠近流量传感器入口端和出口端的两个特征面上的温度检测点。
有益效果：
1、本发明通过在科氏力质量流量计上增加检测温度场，将所检测的环境温度场参与计量数据分析，找出了环境温度场对流量测量的影响；并通过算法根据介质温度和环境温度场对质量流量测量值所造成的影响进行补偿，使科氏力质量流量计在环境温度场、介质温度变化时能准确检测质量流量。
2、本发明拓宽了科氏力质量流量计的使用范围，提高了科氏力质量流量计测量精度，如能够在气候变化，受太阳直射，天气的突然升降的情况下准确测量流体质量。
3、本发明能够很好的应用于油品质量流量测量，如：成品油、沥青、润滑油的罐装。
在成品库区发油，输送管道与储存大罐存在温差，现有测量存在温变补偿响应慢，测量不准确的问题；本发明能够在测量的同时，通过环境温度场和介质快速变化温度的补偿，提高油品流量测量的准确度。
附图说明
图1是本发明实施例中流量传感器上的特征面分布图；
其中：1、第一特征面；2、第二特征面；3、第三特征面；4、第四特征面；5、第五特征面。
具体实施方式
一种科氏力质量流量计温度补偿的方法，所述的科氏力质量流量计包括流量传感器和变送器，流量传感器的测量管上还设置有用于测量管内介质温度的介质温度传感器，流量传感器的壳体为长方体结构，包括三组相对设置的表面，如图1所示，流量传感器的壳体表面为特征面，则流量传感器的壳体有六个特征面，每两个相对设置的特征面为一组特征面，一共有三组特征面，每组特征面设置上都设置有一组环境温度传感器，每组环境温度传感器包括两个环境温度传感器，分别用于检测两个相对设置的特征面的温度；环境温度传感器及介质温度传感器的输出端与变送器连接。
本发明的科氏力质量流量计进行温度补偿方法，包括环境温度补偿和介质温度变化滞后的补偿。
本发明的科氏力质量流量计环境温度补偿方法，包括以下步骤：
1)设置环境温度场检测点
如图1所示，在DN50的科氏力质量流量计上选取3组特征面，其中第一特征面1和第二特征面2为一组特征面，第三特征面3和第四特征面4为一组特征面，第五特征面5和第六特征面6为一组特征面，第六特征面在第五特征面相对的另一面。
2)按照《中华人民共和国国家计量检定规程》JJG 1038-2008对科氏力质量流量计进行检定，检定的步骤参见该规程7.2.3。
检定流量点依次为63t/h、31.5t/h、12.6t/h、6.3t/h、63t/h。在检定过程中,每个流量点的每次实际检定流量与设定流量的偏差不超过设定流量的±5％。每个流量点的检定次数为3次。
测量时，分别记录各流量点检定装置和本发明科氏力质量流量计的测量值，根据所记录的数据计算出每一流量点的平均相对误差和重复性；
表1中的第二列和第三列数据为检定时的各个流量点的相对误差数据和重复性数据。
3)在步骤2)中检定合格的科氏力质量流量计上，使用局部加温方式对流量传感器进行加热，使第一特征面1和第二特征面2这两个特征面具有温差20.3摄氏度；
流量点的设定及每个流量点的测量次数与检定时相同。
在检定装置上进行流量测量，分别记录各流量点检定装置和流量计的测量值，根据所记录的数据计算出每一流量点的平均相对误差和重复性。
表1中的第四列和第五列数据为第一特征面1和第二特征面2具有温差20.3℃时，各个流量点的相对误差数据和重复性数据。
将各流量点的相对误差求平均值，将所得平均误差值除以温差，就是第一特征面1和第二特征面2这一组特征面的温度场变换系数N1，即N1＝0.2171/20.3＝0.0107；
4)重复步骤3)，计算其余组特征面的温度场变换系数。
表1中的第六列和第七列数据为第三特征面3和第四特征面4具有温差20.7℃时，各个流量点的相对误差数据和重复性数据。将各流量点的相对误差求平均值，将所得平均误差值除以温差，就是第三特征面3和第四特征面4这一组特征面的温度场变换系数N2，即N2＝0.1540/20.7＝0.0074；
表1中的第八列和第九列数据为第五特征面6和第六特征面具有温差20.5℃时，各个流量点的相对误差数据和重复性数据。将各流量点的相对误差求平均值，将所得平均误差值除以温差，就是第五特征面5和第六特征面6这一组特征面的温度场变换系数N3，即N3＝0.0823/20.5＝0.0040；
表1各个流量点的相对误差数据和重复性数据
Figure BDA0002030779330000061
Figure BDA0002030779330000071
5)依据各组特征面温度场变换系数，求出温度场影响流量系数kT的表达式:
kT＝0.0107·ΔT1+0.0074·ΔT2+0.0040·ΔT3
其中ΔT1表示第一组特征面的温差；ΔT2表示第二组特征面的温差；ΔT3表示第三组特征面的温差；
6)根据环境温度场影响流量系数kT对质量流量值进行补偿
Q`＝(1-KT)·Q
其中，Q为补偿前的质量流量值，Q`为补偿后的质量流量值；
7)验证
使用上面步骤所求取的环境温度场变换系数在多套同型号的流量计上验证，对流量传感器任意特征面进行加温测量，必须符合流量计测量误差等级。对误差超大的系数再次按照步骤2)-4)进行修正，保证符合所有同型号流量传感器使用。
本发明的科氏力质量流量计对介质温度变化滞后补偿的方法，如下：
Q`＝(1+γT)·Q
其中γT为温度滞后变化率，
Figure BDA0002030779330000072
Τ为介质变化前温度，Τ`为介质变化后温度，Τ与Τ`的时间间隔为60s；TC为介质温度补偿系数或流量温度补偿系数，表示介质温度每变化100度对流量的影响系数，温度升高时系数取负向补偿，温度降低时系数取正向补偿，补偿的基准温度为零度，在本实施例中为3.53。这一温度补偿系数在流量传感器的说明书中会有说明，有的厂家称之为“传感器管材料的温度系数”
本发明的科氏质量流量计同时对环境温度补偿和介质温度变化滞后补偿，则：
Q`＝(1-kT)·(1+γT)·Q
其中，Q为补偿前的质量流量值，Q`为补偿后的质量流量值；
环境温度传感器和介质温度感器的输出端与变送器连接，变送器读取到环境温度传感器和介质温度感器的温度数据，变送器在实时测量流量的过程中，按照Q`＝(1-kT)·(1+γT)·Q对实时流量进行补偿；其中，Q为补偿前的质量流量值，Q`为补偿后的质量流量值；kT为环境温度场影响流量系数，kT＝N1·ΔT1+N2·ΔT2+N3·ΔT3,ΔT1表示第一组特征面的温差；ΔT2表示第2组特征面的温差；ΔT3表示第3组特征面的温差；其中N1、N2、N3分别表示第一组特征面、第二组特征面、第三组特征面的温度场变换系数，事先采用本发明的环境温度补偿方法进行求取，同型号的科氏力质量流量计采用相同的温度场变换系数，在本实施例中N1为0.0107，N2为0.0074，N3为0.004；γT为温度滞后变化率，
Figure BDA0002030779330000081
Τ为介质变化前温度，Τ`为介质变化后温度，Τ与Τ`的时间间隔为60s；TC为介质温度补偿系数为3.53。

Claims (3)

1.一种科氏力质量流量计温度补偿的方法，所述的科氏力质量流量计包括流量传感器和变送器，其特征在于，流量传感器壳体的特征面上设置有至少两组环境温度传感器，流量传感器壳体的每组特征面对应设置一组环境温度传感器，所述流量传感器壳体的特征面是指流量传感器壳体的一个面，所述流量传感器壳体的每组特征面是指流量传感器壳体上相对应设置的两个面，所述的一组环境温度传感器包括两个环境温度传感器，每个环境温度传感器设置在一个特征面上，分别用于检测两个相对设置的特征面的温度；环境温度传感器的输出端与变送器连接；所述一种科氏力质量流量计温度补偿的方法包括环境温度补偿方法，具体步骤如下：
1)设置环境温度场检测点
环境温度场检测点设置在流量传感器壳体的至少两组特征面上，通过设置在特征面上的环境温度传感器对特征面的温度进行检测，每组特征面包括两个相对设置的特征面，各特征面能够反映流量传感器所处环境的温度分布；
2)按照计量检定规程，将科氏力质量流量计标定合格；
3)在检定合格的科氏力质量流量计上，使用局部加温方式对流量传感器各组特征面分别进行加温，每次只对一组特征面进行温度控制，使一组特征面所包含的两个特征面具有温差，在检定装置上进行流量测量，计算每一组具有温差的特征面所对应的平均相对误差；
4)将平均相对误差除以该组所对应的两个特征面的温差，得到该组特征面温度场变换系数N；
5)依据各组特征面温度场变换系数，求出环境温度场影响流量系数kT的表达式:
kT＝N1·ΔT1+.....Nm·ΔTm
其中N1表示第一组特征面的温度场变换系数；ΔT1表示第一组特征面的温差；Nm表示第m组特征面的温度场变换系数；ΔTm表示第m组特征面的温差；m为大于等于2的自然数；
6)根据环境温度场影响流量系数kT,变送器在实时测量流量的过程中，按照下式对科氏力质量流量计的流量值进行补偿：
Q`＝(1-KT)·Q
其中，Q为补偿前的质量流量值，Q`为补偿后的质量流量值。
2.一种科氏力质量流量计温度补偿的方法，所述的科氏力质量流量计包括流量传感器和变送器，其特征在于，流量传感器的测量管上还设置有用于测量管内介质温度的介质温度传感器，流量传感器壳体的特征面上设置有至少两组环境温度传感器，流量传感器壳体的每组特征面对应一组环境温度传感器，所述流量传感器壳体的特征面是指流量传感器壳体的一个面，所述流量传感器壳体的每组特征面是指流量传感器壳体上相对应设置的两个面，所述的一组环境温度传感器包括两个环境温度传感器，每个环境温度传感器设置在一个特征面上，分别用于检测两个相对设置的特征面的温度；介质温度传感器和环境温度传感器的输出端与变送器连接；
所述一种科氏力质量流量计温度补偿的方法包括环境温度补偿和介质温度变化滞后补偿，具体步骤如下：
1)获取环境温度场影响流量系数kT的表达式
1.1)设置环境温度场检测点
环境温度场检测点设置在流量传感器壳体的至少两组特征面上，通过设置在特征面上的环境温度传感器对特征面的温度进行检测，每组特征面包括两个相对设置的特征面，各特征面能够反映流量传感器所处环境的温度分布；
1.2)按照计量检定规程，将科氏力质量流量计标定合格；
1.3)在检定合格的科氏力质量流量计上，使用局部加温方式对流量传感器各组特征面分别进行加温，每次只对一组特征面进行温度控制，使一组特征面所包含的两个特征面具有温差，在检定装置上进行流量测量，计算每一组具有温差的特征面所对应的平均相对误差；
1.4)将平均相对误差除以该组所对应的两个特征面的温差，得到该组特征面温度场变换系数N；
1.5)依据各组特征面温度场变换系数，求出环境温度场影响流量系数kT的表达式:
kT＝N1·ΔT1+.....Nm·ΔTm
其中N1表示第一组特征面的温度场变换系数；ΔT1表示第一组特征面的温差；Nm表示第m组特征面的温度场变换系数；ΔTm表示第m组特征面的温差；m为大于等于2的自然数；
2)根据环境温度场影响流量系数kT，变送器在实时测量流量的过程中，按照下式对科氏力质量流量计的流量值进行补偿：
Q`＝(1-KT)·Q
其中，Q为补偿前的质量流量值，Q`为补偿后的质量流量值；
3)监测介质温度变化，对步骤2)中的表达式增加介质温度变化滞后补偿，对科氏力质量流量计的值同时进行环境温度补偿和介质温度变化滞后补偿，变送器在实时测量流量的过程中，按照下式对科氏力质量流量计的流量值进行补偿：
Q`＝(1-kT)·(1+γT)·Q
其中，Q为补偿前的质量流量值，Q`为补偿后的质量流量值；
γT为温度滞后变化率，
Figure FDA0002514475690000031
Τ为介质变化前温度，Τ`为介质变化后温度，Τ与Τ`的时间间隔为30-60s；TC为介质温度补偿系数，为常数。
3.根据权利要求1或2所述的一种科氏力质量流量计温度补偿的方法，其特征在于，所述的两组环境温度传感器，至少有一组环境温度传感器设置在靠近流量传感器入口端和出口端的两个特征面上。
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