文献标识码：B文章编号：1003-0492（2023）07-058-04中图分类号：TP216

★唐冰（艾默生过程控制有限公司，上海201206）

关键词：高准；检定超差；原因分析；零点稳定性；三步判断法

1　前言

科里奥利质量流量计作为一种高精度、量程比宽、适应性广、维护方便的流量测量仪表被广泛应用于石油、化工等行业，特别是企业重要工位的质量流量计或用于贸易结算的质量流量计更是担负起了精准计量的重任。根据企业管理的需要或用于贸易结算的质量流量计按照强检要求，需定期到计量机构进行检定以确认仪表精度是否符合要求。但在检定过程中，常有质量流量计检定超差的情况发生，给检定过程和结果带来很大的困扰。本文就以高准的质量流量计为例，探讨科里奥利质量流量计检定超差的原因及判断方法。

2　检定方法和过程简介

2.1　检定方法

高准质量流量计的检定目前有离线和在线两种。离线检定是指将仪表拆离安装位置送到计量机构进行检定。离线检定有静态质量法、静态容积法和标准表法三种。目前普遍采用静态质量法，用水作为介质，按照科里奥利质量流量计检定规程JJG 1038-2008^[1]，用质量流量计测量的质量累积值作为测量值，再用高精度秤的称量作为真值，通过计算流量误差和重复性来验证质量流量计是否超过仪表精度指标。在线检定则是计量机构将车载检定设备运到流量计使用现场，通过连接管线上安装的被检表实现对表的在线检定。由于在线检定易受安装现场等外界因素影响，应用较少，所以本文讨论的是高准质量流量计在离线检定中采用静态质量法遇到的误差原因和判断方法。

2.2　检定前的准备工作

客户在送检高准质量流量计前要先对流量计传感器的测量管进行清洗，避免过程介质在测量管内壁残留和附着。计量机构收到被检表后需要检查流量计外观和流量出入口是否有异常，然后与客户确定检定的信号传输方式和检定的流量范围。

2.3　检定过程简介

高准质量流量计采用静态质量法的检定过程^[1]主要有以下5个步骤：

（1）正确安装被检表，连接输出信号等线路后通电预热30分钟。

（2）组态被检表信号输出，首选脉冲信号。如有可能，仿真检查被检表输出信号是否准确。

（3）按照最大检定流量50%以上对被检表通水运行至少10分钟后，对表进行零点调整。

（4）按照检定规程要求，依次对最大流量、50%最大流量、20%最大流量、最小流量和最大流量5个流量点进行检定，每个点的检定次数不少于3次。

（5）根据被检表和称重质量的结果进行检定点流量计误差和重复性的计算。

3　检定超差原因分析

在高准质量流量计的实际检定中，有时会碰到检定结果超差的情况。造成检定结果超差的原因有很多，下面将分析主要的几个影响原因。

3.1　传感器安装不同心

高准质量流量计是通过流体对测量管产生的不平衡力，即科里奥利原理，来测量流体的质量流量，如果流量计上下游存在较大的管道应力，就会对流量管的科里奥利力产生影响，从而引来测量误差。检定前安装流量计传感器时若是传感器与管道连接存在偏心，可能会给流量测量带来不稳定的误差，因此流量计安装时要求上下游同心。目前有些计量机构采用气缸夹持式来连接质量流量计以提高检定效率。对于小口径而言，由于重量轻，只要目测上下游管道和传感器在一条直线上，安装基本能达到同心要求。而3寸以上的传感器由于重量大，此时则宜采用螺栓法兰连接方式，同时用行车吊装传感器脖颈处来调整传感器与管道法兰螺栓孔在同一水平面。这样传感器与连接管道就容易满足安装要求，做到上下游同心。

3.2　组态参数设置不当

客户在现场使用高准质量流量计时，特别是应用在装车场合的流量计，有时会修改出厂默认为1的质量流量系数，另外高压场合使用的流量计常常会加压力补偿。这些表在送检时可能会被忘记改回原始出厂默认值，这样会给检定结果带来干扰。因此，流量计检定前需检查仪表组态^[2]参数是否设置正确，特别是8位的流量校验系数^[2]（Flow Cal number）、默认为1的质量流量系数（Meter Factor）及压力补偿功能是否开启。

3.3　零点不好

高准质量流量计的零点是个很重要的参数，它的好坏直接关系到测量结果是否准确。高准质量流量计的零点有两个方面需要考虑：一个是零点的偏置大小，另一个是零点的稳定性。高准质量流量计在检定调零后的零点偏置值一般要小于0.15μs，过大一般是调零不当引起，例如调零时上下游阀门泄漏、水中含气等。在保证“介质充满而且静止”的调零要求后再重新对流量计进行调零，一般都能纠正之前不当的零点偏置值。而零点稳定性则与传感器的安装和仪表自身有关，在下文中会对此做详细论述。

3.4　检定范围不当

我们知道，科里奥利质量计都有一个最小精度测量的拐点，高于此点的流量测量才能保证流量系数为一个恒定的值。用户在送检高准质量流量计时，一般会按照仪表现场使用的测量范围来确定检定范围，这样有时会遇到检定的流量低于该表最小精度流量的情况，从而造成检定结果超差。这时可以同用户协商将检定范围上调至最小精度流量值以上，因为我们检定要验证的是这台表是否符合出厂的精度指标，不涉及口径选型问题。

3.5　信号输出不准

高准的质量流量计输出信号方式有4~20mA、频率输出和485输出三种。为了减少信号回路的干扰，检定时一般会采用频率输出方式。无论是频率还是4~20mA信号，如果信号屏蔽接地或是24V电源接地等不符合仪表接地规范，都有可能带来干扰信号，影响检定结果。因此，检定前有条件可以先进行仪表输出仿真，验证信号传输的准确性。4~20mA输出若是不准确还可以进行校正或微调。

3.6　气液两相

气液两相是流量仪表测量中经常会遇到的情况。计量机构的测量环境比使用现场好得多，一般不会存在这种情况。但有时会因为消气器排气不及时、法兰连接或夹持不紧密等原因造成水中含气。若是检定介质为柴油，也可能会因油温过高造成气液两相。由于气泡在液体中分布情况的多样性，所以气液两相对检定结果造成的影响是不确定的，既可能是正偏差，也可能是负偏差。

3.7　传感器自身的原因

高准质量流量计检定结果超差还有一种原因是传感器自身确实存在问题。这些问题包括核心处理器性能下降、传感器内壁腐蚀或有东西附着、驱动检测线圈异常、测量管变形等。传感器本身是否存在问题可以通过下文中的判断方法予以识别。

3.8　其它原因

影响到高准质量流量计检定结果超差的因素还有检定标准装置异常，如换向阀延迟、水泵泄漏、水压不稳、夹持气源不稳等。这些因素较少见，而且会影响到所有检定的流量表，容易判断识别，本文不再赘述。

4　检定超差原因的判断方法

上面我们分析了采用静态质量法时造成高准质量流量计检定结果超差的主要原因。那么在实际检定时如何判断到底什么原因造成的检定超差呢？我们可以通过下文的三步法，用一些重要的参数再结合一些检查和测试来加以判断。

4.1　用于检定超差原因判断的四个重要参数

4.1.1　零点稳定性

零点稳定性是指在温度压力稳定的情况下几次调零后零点偏置值换算成流量的变化范围，常用kg/h表示。如表1^[2]所示，对于不同型号口径的高准质量流量计来说，零点稳定性是不一样的。通过零点稳定性是否超标，我们可以判断安装或传感器本身是否存在问题。零点稳定性可以通过三次调零法来计算获得，如表2所示，在流体压力、温度稳定的情况下调零三次，用最大零点偏置值减去最小值后的偏差通过传感器流量系数换算成kg/h即可得出零点稳定性。

表1 高准质量流量计E系列零点稳定性

表2 零点稳定性计算

4.1.2　密度

高准质量流量计不仅能测质量流量，还可以测量流经测量管介质的密度，如果密度值低于实际密度值则含气较多。密度值的测量有助于我们判断介质是否含气。

4.1.3　驱动增益

高准质量流量计的驱动增益这个测量参数代表的是驱动线圈对测量管驱动力的大小，在仪表中以%的方式显示。驱动增益的大小与介质粘度、流体状态和传感器本体是否正常等方面有关。

4.1.4　K1值

高准质量流量计的K1值是指传感器在空气下的振动周期，它作为密度系数之一标识在传感器外壳的铭牌上。通过传感器在空气中实测的振动频率和出厂的振动频率即K1值倒数的比较，我们可以判断传感器内壁是否存在腐蚀或磨损的现象。

4.2　检定超差原因判断的方法

检定超差的原因可能是一个因素造成，也有可能是几个因素共同所致。为了便于查找原因，在检定过程中，我们可以利用高准质量流量计通讯软件Prolink的数据记录功能，将检定过程中的零点偏置值、密度、温度、驱动增益通过Excel表格记录下来，做成趋势曲线。如果在检定后发现检定结果超出仪表标称精度，我们可以按照下面的方法由易到难通过上述的几个重要判断参数来识别是哪些因素造成的检定超差。

4.2.1　判断方法第一步

判断方法的第一步是先排查组态设置、信号传输、检定范围这三方面的影响因素。其中，组态设置可通过HART手操器或Prolink通讯软件来检查；信号传输可以通过mA和频率输出回路仿真来测试；检定范围可先通过查阅传感器选型样本或Tookit软件计算最小精度拐点，然后看检定结果中高于拐点的流量是否合乎指标，如果高于精度拐点的流量点都能合乎指标，低于拐点的流量点则超差，说明检定范围不合理需调整。如果不是，则需继续查找原因。

4.2.2　判断方法第二步

在排除了第一步的三个因素后，接下来要重点检查传感器零点。我们可以通过三次温压稳定前提下大流量运行后的调零来计算传感器的零点稳定性，再结合数据记录的密度和驱动增益来排查零点、安装、气液两相这三个影响因素。检查可以分成以下三种情况：

（1）如果零点稳定性合格而且与检定时的零点偏置值相差大，说明传感器零点性能好，检定超差，应该是前次调零不规范例如阀门未关严调零所致。

（2）若是零点稳定性不好但检定时记录的密度、驱动增益稳定，则需检查传感器安装，查看是否安装不同心或夹持气源不稳。

（3）如果零点稳定性不好而且检定时记录的密度、驱动增益不稳或最大，如图1所示，说明存在气液两相的影响，需要检查水泵、消气器及管道连接。需要注意的是管道连接不紧时有可能由于缝隙小，水漏不出来而空气能被吸进去造成介质含气，因为空气分子比水小得多。如不确定，可把管道法兰连接螺栓都重新上紧。

图1  气液两相时密度和驱动增益的趋势

4.2.3　判断方法第三步

假设第二步中的安装、气液两相因素都排查确认无问题后，仍存在零点稳定性不好或零点稳定性暂时合格但放置一段时间后却超标的情况，则需将传感器拆下排空后用行车吊装检查，排查传感器本身的原因。检查可以按照以下的次序：

（1）首先检查核心处理器和传感器阻值和绝缘，如正常可通过更换核心处理器观察零点稳定性是否恢复正常。

（2）若是零点稳定性仍然有问题，则可利用传感器在空气中的振动周期与出厂K1值进行比较，排除传感器测量管内壁腐蚀或磨损的情况。利用空气下实际测得的测量管振动频率与初始振动周期K1的倒数值进行比较，若偏差>0.25%，说明传感器测量管内壁很有可能存在腐蚀或磨损等异常现象。若偏差在正常范围内但稳定性却不好，则属于传感器自身问题，需返厂做进一步检测。

5　总结

以上我们以高准质量流量计为例，对科里奥利质量流量计采用静态质量法检定超差的原因进行了分析，对判断这些原因的三步判断法做了阐述。这些分析和方法同样适用于静态体积法检定和在线检定，而且由于科里奥利质量流量计采用的原理一样，所以对于其它厂家科里奥利流量计的检定问题分析也能起到一点帮助。另外，虽然计量机构相对于质量流量计的应用环境来说干扰因素要少，但发生仪表问题的复杂性却并不一定低。因此，本文的分析和判断并不能涵盖所有可能发生的问题原因，只是希望起到抛砖引玉的作用，给大家提供参考和启迪。

作者简介：

唐　冰（1975-），女，湖南常德人，中级工程师，学士，现就职于艾默生过程控制有限公司，研究方向为自动化仪表、科里奥利质量流量计及应用。

参考文献：

[1] 国家质量监督检验检疫总局. JJG 1038-2008科里奥利质量流量计检定规程[Z]. 2008-3-25.

[2] 带模拟输出的高准® 1700 型变送器组态和使用手册[EB/OL]. https://www.emerson.cn/zh-cn/support/manuals-and-guides.

[3] Micro MotionTM (高准) ELITE TM 科里奥利流量和密度仪表产品样本[EB/OL]. https://www.emerson.cn/zh-cn/support/manuals-and-guides.

摘自《自动化博览》2023年7月刊