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科氏质量流量计智能仪表校验技术

来源:控制工程网2020.11.10阅读 1714

  智能仪表校验(smart meter verification,简称SMV)是一种新兴的可在线和在通介质情况下分析判断质量流量计“刚性”的技术。通过在检定前实施SMV 操作,可预先分析判断仪表测量是否准确,对流量计到计量院的检定具有辅助作用。同时对于在线、在工艺管线中运行、通介质中的科氏流量计也具有分析和诊断作用,可在线分析其“刚性”是否变化和判断仪表本身是否正常和准确。本文将从理论基础分析、过程分析和实际操作,验证其具有可靠性。
  科氏质量流量计基本原理
  主流的科氏质量流量计以弯曲的流量管做为旋转参考体系,流体在流量管内向前流动,在驱动的作用下,流量管同时也产生振动,从而流体在旋转体系的径向同样也产生运动。
  科氏质量流量计通过出厂检定确定出仪表的流量标定系数,和通过流体介质产生的相位差从而计算出实时质量流量。流量管的振动频率推算出介质的密度,安装在传感器的热电阻测量介质的温度。
  本文不讨论温度、压力对科氏流量计刚性的影响,所以简化的公式如下:
  其中,Q 是质量流量,K 为流量标定系数(出厂标定确定),Δt 是有流体流动时,测得的相位时间差,Δt0 为零点调零时,测得的相位时间差。
  智能仪表校验技术
  从以上科氏质量流量计理论公式分析,流量系数K 是由出厂检定所确认,当流量计在现场使用一段时间后,流量管可能会发生腐蚀、磨损等等和其他情况,从而导致K 流量系数的变化。其代表是科氏质量流量计的刚性,是由本身材料的性能和机械结构所决定。
  艾默生科氏流量计智能仪表效验技术通过校验科氏质量流量计的“刚性”,可在线分析和诊断流量计刚性是否发生变化,从而确认流量计是否正常工作、能否准确测量。艾默生科氏质量流量计出厂时,会进行SMV 运算做基线,并将出厂刚性等数据存储在仪表之中。当在现场使用一段时间后,再进行SMV 操作,算出新的刚性和出厂刚性进行比较,从而分析判断流量计的准确性(图1)。

图1 :通过 SMV 操作算出新的刚性和出厂刚性进行比较,从而分析判断流量计的准确性。

  科里奥利流量计的频率响应函数(FRF) 是质量、阻尼和刚性的函数,为了计算刚性控制工程网版权所有,需要解一个有3 个未知量(刚性、质量和阻尼)的方程。艾默生科里奥利SMV 使用了5 点频率进行测试,所以可以解决多个未知量。
  通过5 点频率的激励,可以得到质量流量计的现在状态的刚性。无论离线空管状态、在线空管状态、在线满管状态,和正在通介质运行中都可以进行SMV 操作,进行运算。最终将得出的刚性和出厂时刚性进行比较,从而判断流量计的刚性是否合格。
  如果刚性发生了变化,其曲线特征图会进行变化和移动。而通过SMV 操作,5 个不同的“音调”响应可解析并冗余验证出当前流量管刚性值等变量,从而确认特征图和出厂对比是否发生改变,判断刚性是否变化。
  SMV 能够检测由于腐蚀、侵蚀或损坏等等情况引起的刚性变化,刚性、质量和阻尼对频响的影响是不同的。SMV 可独立计算刚性、质量和阻尼。
  智能仪表校验过程
  在进行SMV 过程中(图2),如果有流量有介质通过时也可进行操作www.cechina.cn,但需要保持流量稳定,驱动增益稳定,没有气液两相发生。如果驱动增益超过20%,系统会中止控制工程网版权所有,等工艺没异常时再进行SMV 校验。整个过程并不影响流量测量和流量输出。

图2 :SMV 操作进行过程中特征曲线。横坐标是时间,纵坐标是驱动和检测电压。

  仪表进行SMV 操作,整个过程将持续3 分钟左右时间。最开始驱动降为0,流量管将在无外界输入的情况下进行振动,检测线圈的电压也随之降低;然后驱动线圈开始对流量管进行频率激励;一分多钟后,驱动将满负荷激励流量管,即驱动达到100%随之降低后进行。整个过程在5个“音调”的激励作用下,可得到完整的频率响应图,从而准确的计算出流量计的刚性。
  实现更高效的智能校验
  成都市计量检定测试院对不同口径质量流量计在检定前进行了SMV 操作, 结果显示通过。然后进行了检定, 依据文件:JJG1038-2008,使用静态质量法水流量标准装置,最后检定均通过。通过检定前进行SMV 操作,可预先分析判断流量计是否合格,可以作为检定前的辅助工具。
  四川某公司有一台质量流量计CMF 系列送去计量院检定,发现检定数据超出范围,不合格。通过对质量流量计检查CONTROL ENGINEERING China版权所有, 进行SMV 操作,其结果显示失败。 报告显示最后三次进行SMV 操作结果失败(图3),可能是由于腐蚀磨损挂壁等等情况带来的质量流图2 :SMV 操作进行过程中特征曲线。横坐标是时间,纵坐标是驱动和检测电压。量计刚性变化控制工程网版权所有,从而导致流量计故障、不准,检定无法通过。

图3 :通过对质量流量计检查CONTROL ENGINEERING China版权所有,进行SMV 操作,其结果显示失败。

  科氏质量流量计的智能仪表校验是新兴的研究领域,是诊断分析流量计的新技术。通过对艾默生科氏质量流量计智能仪表校验技术理论和实践操作分析,验证了其具有可靠性,并且在以下两方面作用显著:
  . 对流量计到计量院的检定具有辅助分析判断作用,即通过运行SMV 功能可分析判断标定系数是否迁移、流量管是否有腐蚀、磨损或损坏。
  . 对在管线上正在通介质的流量计,也可运行SMV 功能,从而达到不拆卸管道、不停运介质流量情况下检测诊断流量计、判断刚性是否变化、流量是否准确的作用。(作者:吕文,艾默生过程控制有限公司杨冲,成都市计量检定测试院)
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