文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2023）07-058-04中圖分類(lèi)號：TP216

★唐冰（艾默生過(guò)程控制有限公司，上海201206）

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

1　前言

科里奧利質(zhì)量流量計作為一種高精度、量程比寬、適應性廣、維護方便的流量測量?jì)x表被廣泛應用于石油、化工等行業(yè)，特別是企業(yè)重要工位的質(zhì)量流量計或用于貿易結算的質(zhì)量流量計更是擔負起了精準計量的重任。根據企業(yè)管理的需要或用于貿易結算的質(zhì)量流量計按照強檢要求，需定期到計量機構進(jìn)行檢定以確認儀表精度是否符合要求。但在檢定過(guò)程中，常有質(zhì)量流量計檢定超差的情況發(fā)生，給檢定過(guò)程和結果帶來(lái)很大的困擾。本文就以高準的質(zhì)量流量計為例，探討科里奧利質(zhì)量流量計檢定超差的原因及判斷方法。

2　檢定方法和過(guò)程簡(jiǎn)介

2.1　檢定方法

高準質(zhì)量流量計的檢定目前有離線(xiàn)和在線(xiàn)兩種。離線(xiàn)檢定是指將儀表拆離安裝位置送到計量機構進(jìn)行檢定。離線(xiàn)檢定有靜態(tài)質(zhì)量法、靜態(tài)容積法和標準表法三種。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)量流量計檢定規程JJG 1038-2008^[1]，用質(zhì)量流量計測量的質(zhì)量累積值作為測量值，再用高精度秤的稱(chēng)量作為真值，通過(guò)計算流量誤差和重復性來(lái)驗證質(zhì)量流量計是否超過(guò)儀表精度指標。在線(xiàn)檢定則是計量機構將車(chē)載檢定設備運到流量計使用現場(chǎng)，通過(guò)連接管線(xiàn)上安裝的被檢表實(shí)現對表的在線(xiàn)檢定。由于在線(xiàn)檢定易受安裝現場(chǎng)等外界因素影響，應用較少，所以本文討論的是高準質(zhì)量流量計在離線(xiàn)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　檢定前的準備工作

客戶(hù)在送檢高準質(zhì)量流量計前要先對流量計傳感器的測量管進(jìn)行清洗，避免過(guò)程介質(zhì)在測量管內壁殘留和附著(zhù)。計量機構收到被檢表后需要檢查流量計外觀(guān)和流量出入口是否有異常，然后與客戶(hù)確定檢定的信號傳輸方式和檢定的流量范圍。

2.3　檢定過(guò)程簡(jiǎn)介

高準質(zhì)量流量計采用靜態(tài)質(zhì)量法的檢定過(guò)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(xiàn)路后通電預熱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確。

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

（4）按照檢定規程要求，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)的檢定次數不少于3次。

（5）根據被檢表和稱(chēng)重質(zhì)量的結果進(jìn)行檢定點(diǎn)流量計誤差和重復性的計算。

3　檢定超差原因分析

在高準質(zhì)量流量計的實(shí)際檢定中，有時(shí)會(huì )碰到檢定結果超差的情況。造成檢定結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

高準質(zhì)量流量計是通過(guò)流體對測量管產(chǎn)生的不平衡力，即科里奧利原理，來(lái)測量流體的質(zhì)量流量，如果流量計上下游存在較大的管道應力，就會(huì )對流量管的科里奧利力產(chǎn)生影響，從而引來(lái)測量誤差。檢定前安裝流量計傳感器時(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(lái)不穩定的誤差，因此流量計安裝時(shí)要求上下游同心。目前有些計量機構采用氣缸夾持式來(lái)連接質(zhì)量流量計以提高檢定效率。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(xiàn)上，安裝基本能達到同心要求。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(chē)吊裝傳感器脖頸處來(lái)調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(mǎn)足安裝要求，做到上下游同心。

3.2　組態(tài)參數設置不當

客戶(hù)在現場(chǎng)使用高準質(zhì)量流量計時(shí)，特別是應用在裝車(chē)場(chǎng)合的流量計，有時(shí)會(huì )修改出廠(chǎng)默認為1的質(zhì)量流量系數，另外高壓場(chǎng)合使用的流量計常常會(huì )加壓力補償。這些表在送檢時(shí)可能會(huì )被忘記改回原始出廠(chǎng)默認值，這樣會(huì )給檢定結果帶來(lái)干擾。因此，流量計檢定前需檢查儀表組態(tài)^[2]參數是否設置正確，特別是8位的流量校驗系數^[2]（Flow Cal number）、默認為1的質(zhì)量流量系數（Meter Factor）及壓力補償功能是否開(kāi)啟。

3.3　零點(diǎn)不好

高準質(zhì)量流量計的零點(diǎn)是個(gè)很重要的參數，它的好壞直接關(guān)系到測量結果是否準確。高準質(zhì)量流量計的零點(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)的穩定性。高準質(zhì)量流量計在檢定調零后的零點(diǎn)偏置值一般要小于0.15μs，過(guò)大一般是調零不當引起，例如調零時(shí)上下游閥門(mén)泄漏、水中含氣等。在保證“介質(zhì)充滿(mǎn)而且靜止”的調零要求后再重新對流量計進(jìn)行調零，一般都能糾正之前不當的零點(diǎn)偏置值。而零點(diǎn)穩定性則與傳感器的安裝和儀表自身有關(guān)，在下文中會(huì )對此做詳細論述。

3.4　檢定范圍不當

我們知道，科里奧利質(zhì)量計都有一個(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為一個(gè)恒定的值。用戶(hù)在送檢高準質(zhì)量流量計時(shí)，一般會(huì )按照儀表現場(chǎng)使用的測量范圍來(lái)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，從而造成檢定結果超差。這時(shí)可以同用戶(hù)協(xié)商將檢定范圍上調至最小精度流量值以上，因為我們檢定要驗證的是這臺表是否符合出廠(chǎng)的精度指標，不涉及口徑選型問(wèn)題。

3.5　信號輸出不準

高準的質(zhì)量流量計輸出信號方式有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(wú)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范，都有可能帶來(lái)干擾信號，影響檢定結果。因此，檢定前有條件可以先進(jìn)行儀表輸出仿真，驗證信號傳輸的準確性。4~20mA輸出若是不準確還可以進(jìn)行校正或微調。

3.6　氣液兩相

氣液兩相是流量?jì)x表測量中經(jīng)常會(huì )遇到的情況。計量機構的測量環(huán)境比使用現場(chǎng)好得多，一般不會(huì )存在這種情況。但有時(shí)會(huì )因為消氣器排氣不及時(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(guò)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果造成的影響是不確定的，既可能是正偏差，也可能是負偏差。

3.7　傳感器自身的原因

高準質(zhì)量流量計檢定結果超差還有一種原因是傳感器自身確實(shí)存在問(wèn)題。這些問(wèn)題包括核心處理器性能下降、傳感器內壁腐蝕或有東西附著(zhù)、驅動(dòng)檢測線(xiàn)圈異常、測量管變形等。傳感器本身是否存在問(wèn)題可以通過(guò)下文中的判斷方法予以識別。

3.8　其它原因

影響到高準質(zhì)量流量計檢定結果超差的因素還有檢定標準裝置異常，如換向閥延遲、水泵泄漏、水壓不穩、夾持氣源不穩等。這些因素較少見(jiàn)，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)造成高準質(zhì)量流量計檢定結果超差的主要原因。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(guò)下文的三步法，用一些重要的參數再結合一些檢查和測試來(lái)加以判斷。

4.1　用于檢定超差原因判斷的四個(gè)重要參數

4.1.1　零點(diǎn)穩定性

零點(diǎn)穩定性是指在溫度壓力穩定的情況下幾次調零后零點(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質(zhì)量流量計來(lái)說(shuō)，零點(diǎn)穩定性是不一樣的。通過(guò)零點(diǎn)穩定性是否超標，我們可以判斷安裝或傳感器本身是否存在問(wèn)題。零點(diǎn)穩定性可以通過(guò)三次調零法來(lái)計算獲得，如表2所示，在流體壓力、溫度穩定的情況下調零三次，用最大零點(diǎn)偏置值減去最小值后的偏差通過(guò)傳感器流量系數換算成kg/h即可得出零點(diǎn)穩定性。

表1 高準質(zhì)量流量計E系列零點(diǎn)穩定性

表2 零點(diǎn)穩定性計算

4.1.2　密度

高準質(zhì)量流量計不僅能測質(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　驅動(dòng)增益

高準質(zhì)量流量計的驅動(dòng)增益這個(gè)測量參數代表的是驅動(dòng)線(xiàn)圈對測量管驅動(dòng)力的大小，在儀表中以%的方式顯示。驅動(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

高準質(zhì)量流量計的K1值是指傳感器在空氣下的振動(dòng)周期，它作為密度系數之一標識在傳感器外殼的銘牌上。通過(guò)傳感器在空氣中實(shí)測的振動(dòng)頻率和出廠(chǎng)的振動(dòng)頻率即K1值倒數的比較，我們可以判斷傳感器內壁是否存在腐蝕或磨損的現象。

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(guò)程中，我們可以利用高準質(zhì)量流量計通訊軟件Prolink的數據記錄功能，將檢定過(guò)程中的零點(diǎn)偏置值、密度、溫度、驅動(dòng)增益通過(guò)Excel表格記錄下來(lái)，做成趨勢曲線(xiàn)。如果在檢定后發(fā)現檢定結果超出儀表標稱(chēng)精度，我們可以按照下面的方法由易到難通過(guò)上述的幾個(gè)重要判斷參數來(lái)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)設置、信號傳輸、檢定范圍這三方面的影響因素。其中，組態(tài)設置可通過(guò)HART手操器或Prolink通訊軟件來(lái)檢查；信號傳輸可以通過(guò)mA和頻率輸出回路仿真來(lái)測試；檢定范圍可先通過(guò)查閱傳感器選型樣本或Tookit軟件計算最小精度拐點(diǎn)，然后看檢定結果中高于拐點(diǎn)的流量是否合乎指標，如果高于精度拐點(diǎn)的流量點(diǎn)都能合乎指標，低于拐點(diǎn)的流量點(diǎn)則超差，說(shuō)明檢定范圍不合理需調整。如果不是，則需繼續查找原因。

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(lái)要重點(diǎn)檢查傳感器零點(diǎn)。我們可以通過(guò)三次溫壓穩定前提下大流量運行后的調零來(lái)計算傳感器的零點(diǎn)穩定性，再結合數據記錄的密度和驅動(dòng)增益來(lái)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)穩定性合格而且與檢定時(shí)的零點(diǎn)偏置值相差大，說(shuō)明傳感器零點(diǎn)性能好，檢定超差，應該是前次調零不規范例如閥門(mén)未關(guān)嚴調零所致。

（2）若是零點(diǎn)穩定性不好但檢定時(shí)記錄的密度、驅動(dòng)增益穩定，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。

（3）如果零點(diǎn)穩定性不好而且檢定時(shí)記錄的密度、驅動(dòng)增益不穩或最大，如圖1所示，說(shuō)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(lái)而空氣能被吸進(jìn)去造成介質(zhì)含氣，因為空氣分子比水小得多。如不確定，可把管道法蘭連接螺栓都重新上緊。

圖1  氣液兩相時(shí)密度和驅動(dòng)增益的趨勢

4.2.3　判斷方法第三步

假設第二步中的安裝、氣液兩相因素都排查確認無(wú)問(wèn)題后，仍存在零點(diǎn)穩定性不好或零點(diǎn)穩定性暫時(shí)合格但放置一段時(shí)間后卻超標的情況，則需將傳感器拆下排空后用行車(chē)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?？赏ㄟ^(guò)更換核心處理器觀(guān)察零點(diǎn)穩定性是否恢復正常。

（2）若是零點(diǎn)穩定性仍然有問(wèn)題，則可利用傳感器在空氣中的振動(dòng)周期與出廠(chǎng)K1值進(jìn)行比較，排除傳感器測量管內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的倒數值進(jìn)行比較，若偏差>0.25%，說(shuō)明傳感器測量管內壁很有可能存在腐蝕或磨損等異?，F象。若偏差在正常范圍內但穩定性卻不好，則屬于傳感器自身問(wèn)題，需返廠(chǎng)做進(jìn)一步檢測。

5　總結

以上我們以高準質(zhì)量流量計為例，對科里奧利質(zhì)量流量計采用靜態(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(xiàn)檢定，而且由于科里奧利質(zhì)量流量計采用的原理一樣，所以對于其它廠(chǎng)家科里奧利流量計的檢定問(wèn)題分析也能起到一點(diǎn)幫助。另外，雖然計量機構相對于質(zhì)量流量計的應用環(huán)境來(lái)說(shuō)干擾因素要少，但發(fā)生儀表問(wèn)題的復雜性卻并不一定低。因此，本文的分析和判斷并不能涵蓋所有可能發(fā)生的問(wèn)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(jiǎn)介：

唐　冰（1975-），女，湖南常德人，中級工程師，學(xué)士，現就職于艾默生過(guò)程控制有限公司，研究方向為自動(dòng)化儀表、科里奧利質(zhì)量流量計及應用。

參考文獻：

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[3] Micro MotionTM (高準) 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