摘 要：文章針對廈門宏控機(jī)電有限公司生產(chǎn)的HK-CMF系列科里奧利質(zhì)量流量計在調(diào)修和檢定過程中常見的一些問題，諸如傳感器、密度、溫度以及零點不穩(wěn)定度等進(jìn)行了分析，提出了解決問題的一些方法。對同類型流量計可以作參考借鑒。

關(guān)鍵字：傳感器 密度 溫度 零點

    廈門宏控機(jī)電有限公司是國內(nèi)生產(chǎn)質(zhì)量流量計的老廠家，其所生產(chǎn)的HK-CMF系列科里奧利質(zhì)量流量計廣泛用于石油、化工企業(yè)。塔里木油田各原油開發(fā)、加工、銷售部門使用的不同型號的該類產(chǎn)品達(dá)百臺，并且每年都有進(jìn)貨。這些新購進(jìn)和使用中的流量計按照國家計量檢定規(guī)程的規(guī)定在塔里木油田分公司計量檢定測試中心進(jìn)行周期檢定。一些在使用中發(fā)生問題的流量計要先進(jìn)行維修、調(diào)整，然后重新檢定。我們把在檢定中遇到或可能遇到的一些常見問題進(jìn)行了總結(jié)和歸納。

    1 HK-CMF質(zhì)量流量計的工作原理

    科里奧利質(zhì)量流量計是上個世紀(jì)70年代發(fā)展起來的新型流量儀表，它根據(jù)流體通過測量管時產(chǎn)生的科里奧利力現(xiàn)象制成，流體通過等幅振蕩器的U形測量管時，由于科里奧利現(xiàn)象，使測量管受到科里奧利力的作用產(chǎn)生扭曲，利用檢測線圈將此扭曲信號檢測出來，可以得到代表流體質(zhì)量的信號，從而實現(xiàn)了對質(zhì)量流量的直接測量。

    2 質(zhì)量流量計的檢定方法

    根據(jù)國家技術(shù)監(jiān)督局1995年12月1日批準(zhǔn)實施的JJG897-1995《質(zhì)量流量計檢定規(guī)程》要求，質(zhì)量流量計的示值檢定可采用質(zhì)量法、容積法加密度計、標(biāo)準(zhǔn)體積管加密度計法和標(biāo)準(zhǔn)表法。

    （1）質(zhì)量法：直接稱量通過質(zhì)量流量計的流體質(zhì)量，只要有條件應(yīng)首先采用本方法。
    （2）容積法與密度計配套：用標(biāo)準(zhǔn)容器計量通過流量計流體的體積與密度，然后計算標(biāo)準(zhǔn)器內(nèi)流體質(zhì)量的方法。
    （3）標(biāo)準(zhǔn)體積管與密度計配套：用體積管計量通過流量計流體的體積與密度，然后計算體積管內(nèi)流體質(zhì)量的方法。
    （4）標(biāo)準(zhǔn)表法：以標(biāo)準(zhǔn)流量計為標(biāo)準(zhǔn)，與質(zhì)量流量計串聯(lián)進(jìn)行比較，標(biāo)準(zhǔn)流量計最好選用與被檢質(zhì)量流量計同規(guī)格、同類型儀表。
   
    塔里木油田分公司計量檢定測試中心以原油作為介質(zhì)建立了標(biāo)準(zhǔn)體積管和標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，該液體流量計檢定系統(tǒng)串建于外輸原油管線上，利用處理后的合格外輸油，實現(xiàn)離線實液檢定。
   
    用以檢定質(zhì)量流量計的兩個主要組成部分技術(shù)參數(shù)是：①活塞式小體積管：主標(biāo)準(zhǔn)器，Smith公司生產(chǎn)，型號SVP-1，標(biāo)準(zhǔn)容積值59.6152L，流量范圍0.4~400m³/h，精度±0.05%，測量重復(fù)性0.02%，最大工作壓力1.965MPa，最高工作溫度93℃；②在線密度計：英國輸力強(qiáng)公司生產(chǎn)，測量范圍650.0~950.Okg/m³，信號輸出4~20mA，分辨率0.2kg/m³，精度±0.02%。

    3 調(diào)修和檢定中常見問題

    3.1 傳感器的問題

    送檢單位有時候送來調(diào)修的流量計由于使用年頭過久或者運(yùn)輸過程中損壞致使傳感器在沒有流體通過的情況下也發(fā)出類似水沸騰的聲音，而傳感器本身并不起振。廈門宏控HK-CMF系列質(zhì)量流量計傳感器內(nèi)部主要由A線圈和D線圈（通過傳感器輸出端子標(biāo)記識別或芯線顏色識別）共同構(gòu)成一個閉環(huán)AGC反饋系統(tǒng)，分析造成傳感器不起振的原因大致有下列幾種。

    （1）線圈損壞。線圈損壞可以通過在安全柵測量線圈電阻值來判斷。各型號流量計傳感器線圈電阻不同，具體電阻值參考表1。這些數(shù)據(jù)是傳感器在20℃時測量得到的，同時各值包括了20m電纜的電阻，當(dāng)溫度超過20℃，線圈電阻將以0.4%/℃增加。

表1 HK-CMF各型號質(zhì)量流量計傳感器線圈阻值表 Ω

傳感器型號	A 檢測線圈（紅，紅黑）阻值 B 檢測線圈（綠，綠黑）阻值	D 驅(qū)動線圈（藍(lán)，藍(lán)黑） 阻值	T 線圈（灰，會黑） 電阻（室溫）
HK-CMFC-3	4~6	210~230	108~110
HK-CMFC-7	4~6	210~230	108~110
HK-CMFC-20	8~15	210~230	108~110
HK-CMFC-36	12~15	210~230	108~110
HK-CMFC-75	20~24	210~230	108~110
HK-CMFC-150	18~22	210~230	108~110
HK-CMFC-360	9~11	210~230	108~110

    （2）模擬板損壞。由于AGC閉環(huán)系統(tǒng)在模擬板上來完成，所以通過測量模擬板上各個測試點的電壓可以判斷出該板的好壞。具體電壓值參考表2。

表2 ZU各型號質(zhì)量流量計模擬板測試點電壓值表 V

模擬板	A點	B點	C點	D點	E點	F點
電壓	1.2	2.5	<175	-5~+5	0~5	2.5

    注：A.B、C點交流電壓，D、E、F點直流電壓。
   
    （3）兩測量管內(nèi)液體分布不均使得流量計不能工作在諧振狀態(tài)。HK-CMF質(zhì)量流量計傳感器的敏感元件是兩根并行的處于諧振狀態(tài)的空心金屬檢測管，金屬管上安裝有電磁式激振器和檢測器。使兩測量管內(nèi)液體分布不均常常是由于傳感器的安裝不合適。傳感器要嚴(yán)格按照說明書中推薦的安裝方式和安裝方法，采取無應(yīng)力安裝，即在安裝時應(yīng)保證工藝管道的法蘭與傳感器的法蘭同軸對準(zhǔn)，并嚴(yán)格保持水平或垂直。
    （4）介質(zhì)含氣。
    （5）測量管結(jié)垢或堵塞。傳感器測量管形狀有彎曲形和直形。設(shè)計成彎曲形狀是為了降低剛性，因與直形相比可以采用較厚的管壁，儀表性能受磨蝕影響較小，但易積存氣體和殘渣引起附加誤差，嚴(yán)重會造成傳感器不能保持在諧振狀態(tài)或根本不起振。在油田生產(chǎn)中，由于原油中含有部分雜質(zhì)，導(dǎo)致了傳感器在使用中結(jié)垢。特別是新疆地區(qū)地層水礦化度高，結(jié)垢物成分中酸不溶物的含量達(dá)到90%，主要為硫酸鹽。其主要元素以Ba²⁺、Sr²⁺為主，同時也含有少量的Si³⁺、Ca²⁺及微量腐蝕產(chǎn)物中常見的元素Pb²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺等。去除此類離子的結(jié)垢可以選用ED-TA-4Na、冠醚類多元化合物，其溶解度可以達(dá)到100% 。

    3.2 密度的問題

    HK-CMF B1型質(zhì)量流量變送器面板上顯示的體積流量值是根據(jù)直接測得的質(zhì)量流量和密度換算的，因此在實際應(yīng)用中，需要調(diào)準(zhǔn)密度。

    （1）密度顯示值不變

    質(zhì)量流量計的密度是由頻率導(dǎo)出的，大致上密度與振動周期的平方成正比。如果流量計在計量時顯示密度不變可能是由于以下幾種原因：①如果激勵沒有接通，則頻率不變化，導(dǎo)致密度不變；②密度斜率設(shè)置為0時，變送器顯示密度不變；③流量濾波系數(shù)設(shè)置為0時顯示密度不變。

    （2）密度顯示值不是真實的密度值

    造成該現(xiàn)象的原因有以下幾點：① 參數(shù)設(shè)置錯誤。例如：密度補(bǔ)償?shù)臏囟然鶞?zhǔn)（DENS.TREF）、密度溫度補(bǔ)償系數(shù)（DENS.TCOMP）、密度濾波系數(shù)（DENS.LPFC）、密度分頻系數(shù)（DENS.DIDV）、密度斜率（DENS.SLOP）、密度零點（DENS.ZE-RO）。這些參數(shù)如果設(shè)置錯誤或與標(biāo)定參數(shù)不一致都會使流量計顯示的密度值與真實值不一致。②傳感器堵塞。流量計在使用的過程中如果傳感器堵塞就會使得流量計不能工作在諧振狀態(tài)，此時不但密度不對，流量和頻率也不對。③傳感器結(jié)垢。在一些現(xiàn)場，由于原油中含有蠟和其它易結(jié)垢的物質(zhì)導(dǎo)致在傳感器內(nèi)敏感管內(nèi)壁上形成結(jié)垢層。由于結(jié)垢層并非均勻分布在測量管內(nèi)壁上使得傳感器不能正常工作在諧振狀態(tài)，造成了計量誤差增大。④流量計老化。當(dāng)流量計使用較長時間后由于電子元器件的性能漂移，傳感器部分的應(yīng)力釋放和材料的內(nèi)衰減，都會使得流量計計量誤差增大。所以要按照檢定規(guī)程的要求對流量計進(jìn)行周期檢定，檢定的目的是對以前的參數(shù)進(jìn)行修正。⑤外部環(huán)境的影響。外部環(huán)境主要有振動、壓力、溫度等。保證流量計良好的安裝，盡量使流量計檢定環(huán)境接近現(xiàn)場使用環(huán)境，減小外部環(huán)境對流量計計量精度的影響。

    （3）密度顯示值達(dá)到幾千

    部分流量計在使用時偶爾會出現(xiàn)密度顯示達(dá)到幾千以上，造成該現(xiàn)象的原因主要是數(shù)字板上的單片機(jī)從數(shù)據(jù)存儲器中取得的數(shù)是一個隨機(jī)數(shù)，程序沒有刷新。解決的辦法是將密度斜率設(shè)為0，密度零點也設(shè)為0。這樣做的目的是使流量計顯示的密度由最大值回到0，然后重新輸入密度的各項參數(shù)。

    3.3 溫度的問題

    （1）溫度顯示值不是實際值

    溫度計的溫度測量是由鉑電阻和前期放大電路在安全柵板上共同完成的。當(dāng)溫度不對時首先要檢查傳感器端的接線，通過測量其室溫時的電阻值來判斷鉑電阻的好壞。其次，測量模擬板上F點的電壓（直流）。通過公式： （250℃/5V）×F點的電壓-50℃=介質(zhì)的溫度計算。這樣做的目的是為了說明溫度信號在模擬板上和數(shù)字板上的處理和顯示是正常的。最后，可以通過三個標(biāo)準(zhǔn)電阻來校正位于安全柵板上的溫度上限和溫度下限可調(diào)電位器。

    （2）溫度顯示為199℃或-50℃

    出現(xiàn)這種現(xiàn)象的可能原因有：①鉑電阻損壞。通過測量灰、灰黑兩線之間的電阻（108Ω）來判斷；②接線錯誤或連線處斷路；③溫度斜率或溫度零點設(shè)置錯誤。

    3.4 零點的問題

    科里奧利質(zhì)量流量計的零點一般指在傳感器充滿介質(zhì)且無任何流動情況下通過零校準(zhǔn)鍵或執(zhí)行零校準(zhǔn)功能實現(xiàn)的有關(guān)機(jī)械和電氣方面描述測量管擺動情況的一個或一組數(shù)據(jù)。零點不穩(wěn)定度（也稱零點漂移）的含義是指當(dāng)流量為0時，無規(guī)則輸出信號的幅度。

    （1）漂移的產(chǎn)生原因

    零點的不穩(wěn)定度主要由機(jī)械振動的非對稱性和衰減引起的，影響機(jī)械振動對稱性因素有：測量管固定方式、測量管的剛度、加工應(yīng)力、雙測量管振動頻率的一致性，結(jié)構(gòu)的不平衡等。引起衰減主要是材料的內(nèi)耗及匹配因素。

    （2）漂移對計量誤差的影響

    科里奧利質(zhì)量流量計由于零點不穩(wěn)定形成零點漂移，影響其精確度的進(jìn)一步提高，其檢定總誤差分為基本誤差和零點不穩(wěn)定度兩部分。

    可靠和良好的安裝，使傳感器有一個較好的邊界條件，較好地解決因同軸對準(zhǔn)、溫度、壓力、振動等環(huán)境因素產(chǎn)生的管道應(yīng)力及其它因素而引起的零點偏移問題。好的安裝是保證應(yīng)有精度的重要條件之一。不良的安裝，將擴(kuò)大零點不穩(wěn)定度所帶來的影響，也不能得到一個相對穩(wěn)定的零點。

    （3）零點檢定

    在下面幾種情況下，流量計必須進(jìn)行零點檢定：①流量計首次安裝；②傳感器被移動；③維修及傳感器接口板維修后恢復(fù)工作；④生產(chǎn)裝置停產(chǎn)后，再次使用。

    具體作法是：正確安裝流量計，首先使流量計在介質(zhì)通過的情況下工作30min或者更長時間（流量為實際正常工作流量），使得流量計指示的溫度值在測量介質(zhì)正常溫度t±10℃范圍內(nèi)。零點檢定時先關(guān)閉下游閥門，同時打開旁通閥門。在未完全打開旁通閥門前，關(guān)閉上游閥門。在變送器主標(biāo)題狀態(tài)下，按“零點標(biāo)定”鍵。

    （4）小流量切除

    零點檢定（或校準(zhǔn)）從原則上講并不能改變科里奧利質(zhì)量流量計的零點不穩(wěn)定度，它實際上是在一段時間內(nèi)對零點求平均值，它不能本質(zhì)消除無規(guī)則信號的幅度。在實際操作中，可以附加改變零點不穩(wěn)定度的一個辦法是進(jìn)行小流量切除。

    由于零點不穩(wěn)定度的存在，為保證流量計累計量的準(zhǔn)確性，HK-CMF系列質(zhì)量流量計在流量狀態(tài)的設(shè)置方面加有小流量切除功能，不進(jìn)行流量顯示和累計。閥值流量一般設(shè)置在量程的0.1%~1%，也可根據(jù)不同介質(zhì)或環(huán)境需要設(shè)置。

    4 結(jié)論

    塔里木油田分公司計量檢定測試中心根據(jù)對廈門宏控機(jī)電有限公司生產(chǎn)的HK-CMF系列科里奧利質(zhì)量流量計在調(diào)修和檢定實踐中常見的問題進(jìn)行了詳細(xì)的分析，積累了經(jīng)驗，提高了檢定精度，保障了該類產(chǎn)品在塔里木油田生產(chǎn)中的運(yùn)行。