靜態質量法與動態質量法流量標準裝置的比較

楊瀟萍 大慶油田設計院

靜態質量法與動態質量法流量標準裝置的比較

楊瀟萍 大慶油田設計院

質量法流量標準裝置按照測量方法分為動態質量法與靜態質量法兩類，二者主要區別為靜態質量法采用換向器進行介質切換，對介質狀態影響較??；動態質量法采用閥門切換，對介質狀態影響較大。靜態質量法試驗是在靜止的時候測量的，消除了液流的動力影響，與管路沒有機械聯系，大大提升了系統的準確度。動態質量法稱量快速方便，可縮短測量時間；不需要換向器，減小了換向器系統引起的測量不確定度；裝置易實現密封，可采用有害、易揮發介質；動態質量法用于低流速時，動態稱量系統能獲得很高的準確度和復現性。相比動態質量法，靜態質量法應用比較廣泛，技術更加成熟。

靜態質量法；動態質量法；工藝流程；工藝原理

國內油流量試驗裝置以原油為檢定介質，流量標準器采用體積管，使用容積法（二等金屬量器）溯源至國家標準，溯源至基本量長度，裝置的流量測量不確定度在0.04%以上。

國際先進油流量標準裝置大多采用質量法裝置，測量范圍為0.02%～0.03%。質量法裝置相對于體積管流量裝置，由于其通過質量溯源更容易實現較低的測量不確定度，因此提升了裝置的測量準確性。

質量法流量標準裝置按照測量方法可以分為動態質量法與靜態質量法兩類，二者主要區別為靜態質量法采用換向器進行介質切換，對介質狀態影響較??；動態質量法采用閥門切換，對介質狀態影響較大，不利于提高測量的準確度。靜態質量法測量不確定度小于動態質量法，但靜態質量法對于高流量、高黏度狀態下的介質，不易達到較高的準確度。

1 靜態質量法

靜態質量法測量原理是將一定時間內通過流量計的介質，經由換向器全部導入置于稱量儀器上的容器中，然后測量容器中介質的質量從而得到流過流量計的介質質量，再通過測量時間得到質量流量。

靜態質量法工藝流程如下：緩沖容器中存放的介質經過消氣及液位穩定后通過泵組增壓輸送到換熱器中，并采用可調性控制對試驗介質溫度進行穩定，這樣可使通過換熱器的介質溫度波動較小。經過溫度控制的流體依次流過流量計、夾表器、連接管道后通過換向器流入稱量容器中。當容器中液體的質量達到要求的值后，換向器執行機構動作將流體導出容器，介質由旁通管線進入緩沖容器。這樣，在測量時間段中流過流量計的流體全部流入容器中，通過測量容器中的液體質量實現對流量的測量。靜態質量法的工藝流程有如下特點：①試驗是在靜止的時候測量的，消除了液流的動力影響，與管路沒有機械聯系，大大提升了系統的準確度；②結構簡單，復現的力量范圍較寬。

試驗過程中，靜態質量法主要受以下誤差源的影響：

（1）一套設計精良的標準裝置，一次換向循環中，由啟停計時器引起的不確定度與流量大小、換向器頂點在每個方向上通過的液流速度以及計時器觸發器相對于從噴嘴縫流出的液流確切位置有很大的關系。

（2）換向器的換向速度及換向行程時間對整個系統不確定度的影響很大。

（3）介質的溫度、壓力會不斷變化，對介質密度的測量也會有一定的影響。

（4）以易揮發液體為介質時，準確度會受到一定的影響。

2 動態質量法

靜態質量法需要測量皮重，稱量很費時間，因此不適用于快速測量的場合。要想操作方便且測量速度快則需采用動態質量法。動態質量法測量原理是在液體流動過程中，將一定時間內通過流量計的介質質量變化量與時間進行比較，從而計算出質量流量。

動態質量法工藝流程如下：試驗開始前，介質以穩定的流速通過流量計進入稱量容器，當達到預定的初始質量時，計時器開始計時，當收集的介質達到預定的質量時，計時停止。

試驗過程中，動態質量法主要受以下誤差源的影響：

（1）在使用動態質量法時，試驗之初，液體以自由落體的狀態進入稱量容器，此時的液體會對稱量容器產生一定的沖力。隨著液位的不斷上升，這個沖力力矩會逐漸減小。

（2）當稱量容器充滿時，重心會升高，從而對稱量容器產生一個不穩定的推力。

（3）稱量容器的傳感器不能與計時器完全同步，在計時開始和計時結束都會有所延遲。

與靜態質量法比較，動態質量法有如下特點：①稱量快速方便，可縮短測量時間；②不需要換向器，減小了換向器系統引起的測量不確定度；③裝置易實現密封，可以采用有害、易揮發介質；④動態質量法用于低流速時，動態稱量系統能獲得很高的準確度和復現性。

3 結論

通過以上比較可以得出如下結論：靜態質量法比動態質量法更易于實現，且更易于控制準確度。相比動態質量法，靜態質量法應用比較廣泛，技術更加成熟。

（欄目主持樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.029

基金論文：中石化華北分公司安?；鹂蒲许椖浚⊿HHB/AQ/201402）。