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文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1003-0492（2023）07-058-04中圖分類號：TP216

★唐冰（艾默生過程控制有限公司，上海201206）

關(guān)鍵詞：高準(zhǔn)；檢定超差；原因分析；零點(diǎn)穩(wěn)定性；三步判斷法

1　前言

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)作為一種高精度、量程比寬、適應(yīng)性廣、維護(hù)方便的流量測量儀表被廣泛應(yīng)用于石油、化工等行業(yè)，特別是企業(yè)重要工位的質(zhì)量流量計(jì)或用于貿(mào)易結(jié)算的質(zhì)量流量計(jì)更是擔(dān)負(fù)起了精準(zhǔn)計(jì)量的重任。根據(jù)企業(yè)管理的需要或用于貿(mào)易結(jié)算的質(zhì)量流量計(jì)按照強(qiáng)檢要求，需定期到計(jì)量機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定以確認(rèn)儀表精度是否符合要求。但在檢定過程中，常有質(zhì)量流量計(jì)檢定超差的情況發(fā)生，給檢定過程和結(jié)果帶來很大的困擾。本文就以高準(zhǔn)的質(zhì)量流量計(jì)為例，探討科里奧利質(zhì)量流量計(jì)檢定超差的原因及判斷方法。

2　檢定方法和過程簡介

2.1　檢定方法

高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)的檢定目前有離線和在線兩種。離線檢定是指將儀表拆離安裝位置送到計(jì)量機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定。離線檢定有靜態(tài)質(zhì)量法、靜態(tài)容積法和標(biāo)準(zhǔn)表法三種。目前普遍采用靜態(tài)質(zhì)量法，用水作為介質(zhì)，按照科里奧利質(zhì)量流量計(jì)檢定規(guī)程JJG 1038-2008^[1]，用質(zhì)量流量計(jì)測量的質(zhì)量累積值作為測量值，再用高精度秤的稱量作為真值，通過計(jì)算流量誤差和重復(fù)性來驗(yàn)證質(zhì)量流量計(jì)是否超過儀表精度指標(biāo)。在線檢定則是計(jì)量機(jī)構(gòu)將車載檢定設(shè)備運(yùn)到流量計(jì)使用現(xiàn)場，通過連接管線上安裝的被檢表實(shí)現(xiàn)對表的在線檢定。由于在線檢定易受安裝現(xiàn)場等外界因素影響，應(yīng)用較少，所以本文討論的是高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)在離線檢定中采用靜態(tài)質(zhì)量法遇到的誤差原因和判斷方法。

2.2　檢定前的準(zhǔn)備工作

客戶在送檢高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)前要先對流量計(jì)傳感器的測量管進(jìn)行清洗，避免過程介質(zhì)在測量管內(nèi)壁殘留和附著。計(jì)量機(jī)構(gòu)收到被檢表后需要檢查流量計(jì)外觀和流量出入口是否有異常，然后與客戶確定檢定的信號傳輸方式和檢定的流量范圍。

2.3　檢定過程簡介

高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)采用靜態(tài)質(zhì)量法的檢定過程^[1]主要有以下5個(gè)步驟：

（1）正確安裝被檢表，連接輸出信號等線路后通電預(yù)熱30分鐘。

（2）組態(tài)被檢表信號輸出，首選脈沖信號。如有可能，仿真檢查被檢表輸出信號是否準(zhǔn)確。

（3）按照最大檢定流量50%以上對被檢表通水運(yùn)行至少10分鐘后，對表進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整。

（4）按照檢定規(guī)程要求，依次對最大流量、50%最大流量、20%最大流量、最小流量和最大流量5個(gè)流量點(diǎn)進(jìn)行檢定，每個(gè)點(diǎn)的檢定次數(shù)不少于3次。

（5）根據(jù)被檢表和稱重質(zhì)量的結(jié)果進(jìn)行檢定點(diǎn)流量計(jì)誤差和重復(fù)性的計(jì)算。

3　檢定超差原因分析

在高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)的實(shí)際檢定中，有時(shí)會(huì)碰到檢定結(jié)果超差的情況。造成檢定結(jié)果超差的原因有很多，下面將分析主要的幾個(gè)影響原因。

3.1　傳感器安裝不同心

高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)是通過流體對測量管產(chǎn)生的不平衡力，即科里奧利原理，來測量流體的質(zhì)量流量，如果流量計(jì)上下游存在較大的管道應(yīng)力，就會(huì)對流量管的科里奧利力產(chǎn)生影響，從而引來測量誤差。檢定前安裝流量計(jì)傳感器時(shí)若是傳感器與管道連接存在偏心，可能會(huì)給流量測量帶來不穩(wěn)定的誤差，因此流量計(jì)安裝時(shí)要求上下游同心。目前有些計(jì)量機(jī)構(gòu)采用氣缸夾持式來連接質(zhì)量流量計(jì)以提高檢定效率。對于小口徑而言，由于重量輕，只要目測上下游管道和傳感器在一條直線上，安裝基本能達(dá)到同心要求。而3寸以上的傳感器由于重量大，此時(shí)則宜采用螺栓法蘭連接方式，同時(shí)用行車吊裝傳感器脖頸處來調(diào)整傳感器與管道法蘭螺栓孔在同一水平面。這樣傳感器與連接管道就容易滿足安裝要求，做到上下游同心。

3.2　組態(tài)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)

客戶在現(xiàn)場使用高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)時(shí)，特別是應(yīng)用在裝車場合的流量計(jì)，有時(shí)會(huì)修改出廠默認(rèn)為1的質(zhì)量流量系數(shù)，另外高壓場合使用的流量計(jì)常常會(huì)加壓力補(bǔ)償。這些表在送檢時(shí)可能會(huì)被忘記改回原始出廠默認(rèn)值，這樣會(huì)給檢定結(jié)果帶來干擾。因此，流量計(jì)檢定前需檢查儀表組態(tài)^[2]參數(shù)是否設(shè)置正確，特別是8位的流量校驗(yàn)系數(shù)^[2]（Flow Cal number）、默認(rèn)為1的質(zhì)量流量系數(shù)（Meter Factor）及壓力補(bǔ)償功能是否開啟。

3.3　零點(diǎn)不好

高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)的零點(diǎn)是個(gè)很重要的參數(shù)，它的好壞直接關(guān)系到測量結(jié)果是否準(zhǔn)確。高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)的零點(diǎn)有兩個(gè)方面需要考慮：一個(gè)是零點(diǎn)的偏置大小，另一個(gè)是零點(diǎn)的穩(wěn)定性。高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)在檢定調(diào)零后的零點(diǎn)偏置值一般要小于0.15μs，過大一般是調(diào)零不當(dāng)引起，例如調(diào)零時(shí)上下游閥門泄漏、水中含氣等。在保證“介質(zhì)充滿而且靜止”的調(diào)零要求后再重新對流量計(jì)進(jìn)行調(diào)零，一般都能糾正之前不當(dāng)?shù)牧泓c(diǎn)偏置值。而零點(diǎn)穩(wěn)定性則與傳感器的安裝和儀表自身有關(guān)，在下文中會(huì)對此做詳細(xì)論述。

3.4　檢定范圍不當(dāng)

我們知道，科里奧利質(zhì)量計(jì)都有一個(gè)最小精度測量的拐點(diǎn)，高于此點(diǎn)的流量測量才能保證流量系數(shù)為一個(gè)恒定的值。用戶在送檢高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)時(shí)，一般會(huì)按照儀表現(xiàn)場使用的測量范圍來確定檢定范圍，這樣有時(shí)會(huì)遇到檢定的流量低于該表最小精度流量的情況，從而造成檢定結(jié)果超差。這時(shí)可以同用戶協(xié)商將檢定范圍上調(diào)至最小精度流量值以上，因?yàn)槲覀儥z定要驗(yàn)證的是這臺表是否符合出廠的精度指標(biāo)，不涉及口徑選型問題。

3.5　信號輸出不準(zhǔn)

高準(zhǔn)的質(zhì)量流量計(jì)輸出信號方式有4~20mA、頻率輸出和485輸出三種。為了減少信號回路的干擾，檢定時(shí)一般會(huì)采用頻率輸出方式。無論是頻率還是4~20mA信號，如果信號屏蔽接地或是24V電源接地等不符合儀表接地規(guī)范，都有可能帶來干擾信號，影響檢定結(jié)果。因此，檢定前有條件可以先進(jìn)行儀表輸出仿真，驗(yàn)證信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。4~20mA輸出若是不準(zhǔn)確還可以進(jìn)行校正或微調(diào)。

3.6　氣液兩相

氣液兩相是流量儀表測量中經(jīng)常會(huì)遇到的情況。計(jì)量機(jī)構(gòu)的測量環(huán)境比使用現(xiàn)場好得多，一般不會(huì)存在這種情況。但有時(shí)會(huì)因?yàn)橄麣馄髋艢獠患皶r(shí)、法蘭連接或夾持不緊密等原因造成水中含氣。若是檢定介質(zhì)為柴油，也可能會(huì)因油溫過高造成氣液兩相。由于氣泡在液體中分布情況的多樣性，所以氣液兩相對檢定結(jié)果造成的影響是不確定的，既可能是正偏差，也可能是負(fù)偏差。

3.7　傳感器自身的原因

高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)檢定結(jié)果超差還有一種原因是傳感器自身確實(shí)存在問題。這些問題包括核心處理器性能下降、傳感器內(nèi)壁腐蝕或有東西附著、驅(qū)動(dòng)檢測線圈異常、測量管變形等。傳感器本身是否存在問題可以通過下文中的判斷方法予以識別。

3.8　其它原因

影響到高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)檢定結(jié)果超差的因素還有檢定標(biāo)準(zhǔn)裝置異常，如換向閥延遲、水泵泄漏、水壓不穩(wěn)、夾持氣源不穩(wěn)等。這些因素較少見，而且會(huì)影響到所有檢定的流量表，容易判斷識別，本文不再贅述。

4　檢定超差原因的判斷方法

上面我們分析了采用靜態(tài)質(zhì)量法時(shí)造成高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)檢定結(jié)果超差的主要原因。那么在實(shí)際檢定時(shí)如何判斷到底什么原因造成的檢定超差呢？我們可以通過下文的三步法，用一些重要的參數(shù)再結(jié)合一些檢查和測試來加以判斷。

4.1　用于檢定超差原因判斷的四個(gè)重要參數(shù)

4.1.1　零點(diǎn)穩(wěn)定性

零點(diǎn)穩(wěn)定性是指在溫度壓力穩(wěn)定的情況下幾次調(diào)零后零點(diǎn)偏置值換算成流量的變化范圍，常用kg/h表示。如表1^[2]所示，對于不同型號口徑的高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)來說，零點(diǎn)穩(wěn)定性是不一樣的。通過零點(diǎn)穩(wěn)定性是否超標(biāo)，我們可以判斷安裝或傳感器本身是否存在問題。零點(diǎn)穩(wěn)定性可以通過三次調(diào)零法來計(jì)算獲得，如表2所示，在流體壓力、溫度穩(wěn)定的情況下調(diào)零三次，用最大零點(diǎn)偏置值減去最小值后的偏差通過傳感器流量系數(shù)換算成kg/h即可得出零點(diǎn)穩(wěn)定性。

表1 高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)E系列零點(diǎn)穩(wěn)定性

表2 零點(diǎn)穩(wěn)定性計(jì)算

4.1.2　密度

高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)不僅能測質(zhì)量流量，還可以測量流經(jīng)測量管介質(zhì)的密度，如果密度值低于實(shí)際密度值則含氣較多。密度值的測量有助于我們判斷介質(zhì)是否含氣。

4.1.3　驅(qū)動(dòng)增益

高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)的驅(qū)動(dòng)增益這個(gè)測量參數(shù)代表的是驅(qū)動(dòng)線圈對測量管驅(qū)動(dòng)力的大小，在儀表中以%的方式顯示。驅(qū)動(dòng)增益的大小與介質(zhì)粘度、流體狀態(tài)和傳感器本體是否正常等方面有關(guān)。

4.1.4　K1值

高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)的K1值是指傳感器在空氣下的振動(dòng)周期，它作為密度系數(shù)之一標(biāo)識在傳感器外殼的銘牌上。通過傳感器在空氣中實(shí)測的振動(dòng)頻率和出廠的振動(dòng)頻率即K1值倒數(shù)的比較，我們可以判斷傳感器內(nèi)壁是否存在腐蝕或磨損的現(xiàn)象。

4.2　檢定超差原因判斷的方法

檢定超差的原因可能是一個(gè)因素造成，也有可能是幾個(gè)因素共同所致。為了便于查找原因，在檢定過程中，我們可以利用高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)通訊軟件Prolink的數(shù)據(jù)記錄功能，將檢定過程中的零點(diǎn)偏置值、密度、溫度、驅(qū)動(dòng)增益通過Excel表格記錄下來，做成趨勢曲線。如果在檢定后發(fā)現(xiàn)檢定結(jié)果超出儀表標(biāo)稱精度，我們可以按照下面的方法由易到難通過上述的幾個(gè)重要判斷參數(shù)來識別是哪些因素造成的檢定超差。

4.2.1　判斷方法第一步

判斷方法的第一步是先排查組態(tài)設(shè)置、信號傳輸、檢定范圍這三方面的影響因素。其中，組態(tài)設(shè)置可通過HART手操器或Prolink通訊軟件來檢查；信號傳輸可以通過mA和頻率輸出回路仿真來測試；檢定范圍可先通過查閱傳感器選型樣本或Tookit軟件計(jì)算最小精度拐點(diǎn)，然后看檢定結(jié)果中高于拐點(diǎn)的流量是否合乎指標(biāo)，如果高于精度拐點(diǎn)的流量點(diǎn)都能合乎指標(biāo)，低于拐點(diǎn)的流量點(diǎn)則超差，說明檢定范圍不合理需調(diào)整。如果不是，則需繼續(xù)查找原因。

4.2.2　判斷方法第二步

在排除了第一步的三個(gè)因素后，接下來要重點(diǎn)檢查傳感器零點(diǎn)。我們可以通過三次溫壓穩(wěn)定前提下大流量運(yùn)行后的調(diào)零來計(jì)算傳感器的零點(diǎn)穩(wěn)定性，再結(jié)合數(shù)據(jù)記錄的密度和驅(qū)動(dòng)增益來排查零點(diǎn)、安裝、氣液兩相這三個(gè)影響因素。檢查可以分成以下三種情況：

（1）如果零點(diǎn)穩(wěn)定性合格而且與檢定時(shí)的零點(diǎn)偏置值相差大，說明傳感器零點(diǎn)性能好，檢定超差，應(yīng)該是前次調(diào)零不規(guī)范例如閥門未關(guān)嚴(yán)調(diào)零所致。

（2）若是零點(diǎn)穩(wěn)定性不好但檢定時(shí)記錄的密度、驅(qū)動(dòng)增益穩(wěn)定，則需檢查傳感器安裝，查看是否安裝不同心或夾持氣源不穩(wěn)。

（3）如果零點(diǎn)穩(wěn)定性不好而且檢定時(shí)記錄的密度、驅(qū)動(dòng)增益不穩(wěn)或最大，如圖1所示，說明存在氣液兩相的影響，需要檢查水泵、消氣器及管道連接。需要注意的是管道連接不緊時(shí)有可能由于縫隙小，水漏不出來而空氣能被吸進(jìn)去造成介質(zhì)含氣，因?yàn)榭諝夥肿颖人〉枚唷Ｈ绮淮_定，可把管道法蘭連接螺栓都重新上緊。

圖1  氣液兩相時(shí)密度和驅(qū)動(dòng)增益的趨勢

4.2.3　判斷方法第三步

假設(shè)第二步中的安裝、氣液兩相因素都排查確認(rèn)無問題后，仍存在零點(diǎn)穩(wěn)定性不好或零點(diǎn)穩(wěn)定性暫時(shí)合格但放置一段時(shí)間后卻超標(biāo)的情況，則需將傳感器拆下排空后用行車吊裝檢查，排查傳感器本身的原因。檢查可以按照以下的次序：

（1）首先檢查核心處理器和傳感器阻值和絕緣，如正常可通過更換核心處理器觀察零點(diǎn)穩(wěn)定性是否恢復(fù)正常。

（2）若是零點(diǎn)穩(wěn)定性仍然有問題，則可利用傳感器在空氣中的振動(dòng)周期與出廠K1值進(jìn)行比較，排除傳感器測量管內(nèi)壁腐蝕或磨損的情況。利用空氣下實(shí)際測得的測量管振動(dòng)頻率與初始振動(dòng)周期K1的倒數(shù)值進(jìn)行比較，若偏差>0.25%，說明傳感器測量管內(nèi)壁很有可能存在腐蝕或磨損等異常現(xiàn)象。若偏差在正常范圍內(nèi)但穩(wěn)定性卻不好，則屬于傳感器自身問題，需返廠做進(jìn)一步檢測。

5　總結(jié)

以上我們以高準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)為例，對科里奧利質(zhì)量流量計(jì)采用靜態(tài)質(zhì)量法檢定超差的原因進(jìn)行了分析，對判斷這些原因的三步判斷法做了闡述。這些分析和方法同樣適用于靜態(tài)體積法檢定和在線檢定，而且由于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)采用的原理一樣，所以對于其它廠家科里奧利流量計(jì)的檢定問題分析也能起到一點(diǎn)幫助。另外，雖然計(jì)量機(jī)構(gòu)相對于質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用環(huán)境來說干擾因素要少，但發(fā)生儀表問題的復(fù)雜性卻并不一定低。因此，本文的分析和判斷并不能涵蓋所有可能發(fā)生的問題原因，只是希望起到拋磚引玉的作用，給大家提供參考和啟迪。

作者簡介：

唐　冰（1975-），女，湖南常德人，中級工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于艾默生過程控制有限公司，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化儀表、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)及應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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[3] Micro MotionTM (高準(zhǔn)) ELITE TM 科里奧利流量和密度儀表產(chǎn)品樣本[EB/OL]. https://www.emerson.cn/zh-cn/support/manuals-and-guides.

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年7月刊