石油鋼管擰接機(jī)的扭矩校驗(yàn)

徐 琳

(攀成伊紅石油鋼管有限責(zé)任公司,成都青白江)

石油鋼管擰接機(jī)的扭矩校驗(yàn)

徐 琳

(攀成伊紅石油鋼管有限責(zé)任公司,成都青白江)

本文簡要介紹了石油鋼管擰接機(jī)扭矩校驗(yàn)的兩種方法及各自的優(yōu)缺點(diǎn),還介紹了校驗(yàn)中傳感器常用的三種線性化方法,且舉例說明,最后給出如何選擇校驗(yàn)方法的建議。

擰接機(jī);扭矩校驗(yàn);傳感器;線性化

1 引言

攀成伊紅石油鋼管有限責(zé)任公司是以生產(chǎn)石油套管和石油油管為主要產(chǎn)品的合資企業(yè),其生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備螺紋擰接機(jī)(簡稱擰接機(jī))由PMC公司制造,用來檢驗(yàn)石油套管和石油油管端部外螺紋與接箍內(nèi)螺紋連接時扭矩值的大小,其準(zhǔn)確度是美國石油學(xué)會等組織進(jìn)行質(zhì)量體系認(rèn)證時檢查的重要項目之一。因此對該設(shè)備扭矩值準(zhǔn)確度進(jìn)行定期檢測與調(diào)整,以保證其扭矩值的準(zhǔn)確和可靠是十分重要的工作。

2 擰接機(jī)扭矩校驗(yàn)的方法及其優(yōu)缺點(diǎn)

一般來說,擰接機(jī)的扭矩校驗(yàn)可用標(biāo)準(zhǔn)扭矩計標(biāo)定法和分部標(biāo)定法來實(shí)現(xiàn)。兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn),實(shí)際校檢時,根據(jù)具體情況采用不同的方法。

標(biāo)準(zhǔn)扭矩計標(biāo)定法:使用一個特制的機(jī)械機(jī)構(gòu),夾持一個扭矩傳感器,模擬鋼管手動擰接的過程,扭轉(zhuǎn)力矩經(jīng)扭矩放大板后通過PLC模板、以太網(wǎng)直接在電腦上顯示。

標(biāo)準(zhǔn)扭矩計法的優(yōu)點(diǎn)是檢測時模擬擰接機(jī)實(shí)際工作狀態(tài),將安裝在設(shè)備上的力傳感器及放大板輸出的扭矩值與標(biāo)準(zhǔn)扭矩傳感器及放大板輸出的標(biāo)準(zhǔn)值直接比對,檢測結(jié)果直觀,日常檢測簡便可行。缺點(diǎn)是在檢測時,手動啟動設(shè)備時也必然會帶來一定的沖擊而產(chǎn)生測量誤差,并且由于特制的機(jī)械機(jī)構(gòu)性能受限,只能模擬小扭矩,無法完成全量程內(nèi)的扭矩標(biāo)定,故此法只適合設(shè)備扭矩控制的粗略檢測。此外,扭矩傳感器及放大板也需要定期校準(zhǔn)才能保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

分部標(biāo)定法:使用標(biāo)準(zhǔn)測力杠桿配備測力砝碼,對力傳感器進(jìn)行標(biāo)定后,再來標(biāo)定對應(yīng)的放大板,分部檢測都合格則系統(tǒng)檢測也合格。對力傳感器進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定,得到該傳感器的輸出電信號與載荷的關(guān)系(一條直線),其線性化的特點(diǎn)是采用普通的線性放大板的依據(jù),這是擰接機(jī)扭矩校驗(yàn)過程中決定校驗(yàn)誤差的一個重要環(huán)節(jié)。放大板的檢測通常采用標(biāo)準(zhǔn)模擬信號發(fā)生器放大板對應(yīng)給出值(VDC)與電腦扭矩實(shí)時顯示對比來實(shí)現(xiàn)的。

分部標(biāo)定法的優(yōu)點(diǎn)是檢測擰接機(jī)扭矩的方法可靠,而且檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度也很高,能完成全量程內(nèi)的扭矩標(biāo)定。缺點(diǎn)是每次檢測必須把力傳感器拆下來,有時生產(chǎn)緊張,不具備條件,就只能檢測放大板后面部分。故此法適合設(shè)備扭矩控制的精確檢測。

攀成伊紅擰接機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)扭矩計傳感器為2110(HONEYWELL品牌),力傳感器為M73(HONEYWELL品牌),兩種檢測方法,都完全可以實(shí)現(xiàn)。

3 擰接機(jī)傳感器線性化的方法及實(shí)例

在實(shí)際運(yùn)用中,無論是力傳感器還是扭矩傳感器,由于其原材料的特性、各種干擾因素以及測量誤差等客觀原因的存在,其標(biāo)定時的輸出曲線不是一條理想直線。故需要對標(biāo)定曲線進(jìn)行線性化處理,用一條擬合直線來近似代替實(shí)際的輸出曲線,這樣采用普通的線性放大板實(shí)現(xiàn)扭矩控制才成為可能。若方法不當(dāng),校驗(yàn)結(jié)果會與實(shí)際扭矩誤差極大。

依照不同的出發(fā)點(diǎn)和處理原則,可得到不同的擬合直線。一般來說,常用的線性化處理方法有三種,其特點(diǎn)見表1所示。

為了盡可能地減少校驗(yàn)誤差,在標(biāo)定時,將傳感器和放大板一對一地綁定一起校檢,得到的擬合直線可以直接在設(shè)備運(yùn)用,十分方便。

下面以攀成伊紅擰接機(jī)所使用的力傳感器M73和放大板AMP-SG-U2-10為例,對比使用不同方法得到擬合曲線的誤差%f.s。力傳感器M73,量程為50 000LBS,折合為222.25KN,放大板為AMP-SG-U2-10輸出電壓為10VDC。表2為此傳感器1192077和放大板3921于2012年11月15日時成都市計量監(jiān)督檢定測試院 成都計量檢測校準(zhǔn)中心給出的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)/結(jié)果。

分別使用三種線性化處理方法處理后得出的擬合直線及誤差見表3。

其中:

K1=0.044 019

K2=0.044 197 A0=—0.062 64

K3=0.043 788 587

可以看出:端基法的最大誤差%f.s為0.618 0%;

線性回歸法的最大誤差%f.s為0.689 2%;

過零線性回歸法的最大誤差%f.s為0.551 1%。

表1 常用的線性化處理方法

表2 傳感器1192077和放大板3921的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

表3 三種線性化處理后的擬合直線及誤差

因此,攀成伊紅擰接機(jī)分部標(biāo)定法都是采用過零線性回歸法得到擬合直線,其最大誤差為0.551 1%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1%的誤差范圍,滿足設(shè)備技術(shù)要求。

4 結(jié)論

得到校驗(yàn)誤差合格的擬合曲線后,證明擰接機(jī)所用扭矩傳感器或者力傳感器合格的情況下,才能進(jìn)行下一步的擰接機(jī)扭矩校驗(yàn)。校驗(yàn)時,一般是將兩種方法結(jié)合起來。先用標(biāo)準(zhǔn)扭矩計法,扭矩計放大板輸出和力傳感器放大板輸出直接比對,若誤差小于±1% FS,則擰接機(jī)扭矩校驗(yàn)合格,若誤差超過± 1%FS,則需分步檢測,先用模擬信號發(fā)生器檢測放大板,使用萬用表檢測PLC模板輸出電壓,再確認(rèn)力傳感器的各項指標(biāo),從而找出誤差產(chǎn)生的原因。

經(jīng)過實(shí)踐證明,這兩種方法結(jié)合起來使用,可確保擰接機(jī)扭矩值的準(zhǔn)確可靠,為生產(chǎn)各種扣型尤其是純扭矩控制的特殊扣,提供了強(qiáng)有力的保證。

攀成伊紅擰接機(jī)的扭矩傳感器在上海704所國家扭矩計量站檢定。力傳感器在成都市計量監(jiān)督檢定測試院 成都計量檢測校準(zhǔn)中心檢定,以上校驗(yàn)數(shù)據(jù)由該中心朱未冽提供,在此謹(jǐn)致謝意。

[1] 朱超甫.力傳感器輸出曲線的線性化處理[J].《傳感器世界》月刊,1997年4月.

[2] 陳葉紅,等.淺談套管螺紋擰接機(jī)示值檢測方法[J].

Torque Calibration of Steel Pipe Screw-on Machine

XU Lin

(Pancheng Yihong Pipe Co.,Ltd;Chengdu 6100300,Sichuan,China)

In this paper,Not only advantages and disadvantages of two methods in torque calibration,but also three methods and an example of linearization for output of load cells are introduced.Suggestions of choices during torque calibration are presented.

screw-on machine;torque calibration;load cell;linearization

1001—5108(2016)03—0059—04

TG85

A

徐琳,主要從事現(xiàn)場設(shè)備維修、排除設(shè)備隱患及完善設(shè)備性能等工作。