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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；零點穩(wěn)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(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)量流量計或用于貿(mào)易結(jié)算的質(zhì)量流量計更是擔(dān)負(fù)起了精準(zhǔn)計量的重任。根據(jù)企業(yè)管理的需要或用于貿(mào)易結(jié)算的質(zhì)量流量計按照強(qiáng)檢要求，需定期到計量機(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　檢定方法和過程簡介

2.1　檢定方法

高準(zhǔn)質(zhì)量流量計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)量流量計檢定規(guī)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，再用高精度秤的稱量作為真值，通過計算流量誤差和重復(fù)性來驗證質(zhì)量流量計是否超過儀表精度指標(biāo)。在線檢定則是計量機(jī)構(gòu)將車載檢定設(shè)備運到流量計使用現(xiàn)場，通過連接管線上安裝的被檢表實現(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)量流量計前要先對流量計傳感器的測量管進(jìn)行清洗，避免過程介質(zhì)在測量管內(nèi)壁殘留和附著。計量機(jī)構(gòu)收到被檢表后需要檢查流量計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)量流量計采用靜態(tài)質(zhì)量法的檢定過程^[1]主要有以下5個步驟：

（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行至少10分鐘后，對表進(jìn)行零點調(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個流量點進(jìn)行檢定，每個點的檢定次數(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)行檢定點流量計誤差和重復(fù)性的計算。

3　檢定超差原因分析

在高準(zhǔn)質(zhì)量流量計的實際檢定中，有時會碰到檢定結(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影響原因。

3.1　傳感器安裝不同心

高準(zhǔn)質(zhì)量流量計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，如果流量計上下游存在較大的管道應(yīng)力，就會對流量管的科里奧利力產(chǎn)生影響，從而引來測量誤差。檢定前安裝流量計傳感器時若是傳感器與管道連接存在偏心，可能會給流量測量帶來不穩(wěn)定的誤差，因此流量計安裝時要求上下游同心。目前有些計量機(jī)構(gòu)采用氣缸夾持式來連接質(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，此時則宜采用螺栓法蘭連接方式，同時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)量流量計時，特別是應(yīng)用在裝車場合的流量計，有時會修改出廠默認(rèn)為1的質(zhì)量流量系數(shù)，另外高壓場合使用的流量計常常會加壓力補償。這些表在送檢時可能會被忘記改回原始出廠默認(rèn)值，這樣會給檢定結(jié)果帶來干擾。因此，流量計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）及壓力補償功能是否開啟。

3.3　零點不好

高準(zhǔn)質(zhì)量流量計的零點是個很重要的參數(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)量流量計的零點有兩個方面需要考慮：一個是零點的偏置大小，另一個是零點的穩(wěn)定性。高準(zhǔn)質(zhì)量流量計在檢定調(diào)零后的零點偏置值一般要小于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進(jìn)行調(diào)零，一般都能糾正之前不當(dāng)?shù)牧泓c偏置值。而零點穩(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)量計都有一個最小精度測量的拐點，高于此點的流量測量才能保證流量系數(shù)為一個恒定的值。用戶在送檢高準(zhǔn)質(zhì)量流量計時，一般會按照儀表現(xiàn)場使用的測量范圍來確定檢定范圍，這樣有時會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，因為我們檢定要驗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，檢定時一般會采用頻率輸出方式。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)常會遇到的情況。計量機(jī)構(gòu)的測量環(huán)境比使用現(xiàn)場好得多，一般不會存在這種情況。但有時會因為消氣器排氣不及時、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)量流量計檢定結(jié)果超差還有一種原因是傳感器自身確實存在問題。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)量法時造成高準(zhǔn)質(zhì)量流量計檢定結(jié)果超差的主要原因。那么在實際檢定時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重要參數(shù)

4.1.1　零點穩(wěn)定性

零點穩(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)量流量計來說，零點穩(wěn)定性是不一樣的。通過零點穩(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。零點穩(wěn)定性可以通過三次調(diào)零法來計算獲得，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即可得出零點穩(wěn)定性。

表1 高準(zhǔn)質(zhì)量流量計E系列零點穩(wěn)定性

表2 零點穩(wěn)定性計算

4.1.2　密度

高準(zhǔn)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)動增益

高準(zhǔn)質(zhì)量流量計的驅(qū)動增益這個測量參數(shù)代表的是驅(qū)動線圈對測量管驅(qū)動力的大小，在儀表中以%的方式顯示。驅(qū)動增益的大小與介質(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)量流量計的K1值是指傳感器在空氣下的振動周期，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測的振動頻率和出廠的振動頻率即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因素造成，也有可能是幾個因素共同所致。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)量流量計通訊軟件Prolink的數(shù)據(jù)記錄功能，將檢定過程中的零點偏置值、密度、溫度、驅(qū)動增益通過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軟件計算最小精度拐點，然后看檢定結(jié)果中高于拐點的流量是否合乎指標(biāo)，如果高于精度拐點的流量點都能合乎指標(biāo)，低于拐點的流量點則超差，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因素后，接下來要重點檢查傳感器零點。我們可以通過三次溫壓穩(wěn)定前提下大流量運行后的調(diào)零來計算傳感器的零點穩(wěn)定性，再結(jié)合數(shù)據(jù)記錄的密度和驅(qū)動增益來排查零點、安裝、氣液兩相這三個影響因素。檢查可以分成以下三種情況：

（1）如果零點穩(wěn)定性合格而且與檢定時的零點偏置值相差大，說明傳感器零點性能好，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）若是零點穩(wěn)定性不好但檢定時記錄的密度、驅(qū)動增益穩(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）如果零點穩(wěn)定性不好而且檢定時記錄的密度、驅(qū)動增益不穩(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  氣液兩相時密度和驅(qū)動增益的趨勢

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，仍存在零點穩(wěn)定性不好或零點穩(wěn)定性暫時合格但放置一段時間后卻超標(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穩(wěn)定性是否恢復(fù)正常。

（2）若是零點穩(wěn)定性仍然有問題，則可利用傳感器在空氣中的振動周期與出廠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。利用空氣下實際測得的測量管振動頻率與初始振動周期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，所以對于其它廠家科里奧利流量計的檢定問題分析也能起到一點幫助。另外，雖然計量機(jī)構(gòu)相對于質(zhì)量流量計的應(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，研究方向為自動化儀表、科里奧利質(zhì)量流量計及應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. JJG 1038-2008科里奧利質(zhì)量流量計檢定規(guī)程[Z]. 2008-3-25.

[2] 帶模擬輸出的高準(zhǔn)? 1700 型變送器組態(tài)和使用手冊[EB/OL]. https://www.emerson.cn/zh-cn/support/manuals-and-guides.

[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《自動化博覽》2023年7月刊