摘要:針對建設專(zhuan)用裝置(zhi)檢定浮(fu)子流量(liang)計(ji) ,場地(di)占用大且(qie)無法滿足(zu)實流檢定(ding)的問題,一(yi)種流(liu)量範(fan)圍爲0.006~16m3/h的可(ke)移動(dong)浮子(zi)流量(liang)計檢(jian)定裝(zhuang)置。裝(zhuang)置原理(li)爲(wei)靜态(tai)質量(liang)法,1台150kg的精(jing)度電子(zi)秤爲主标準(zhun)器(qi)。用(yong)專用(yong)電動換向(xiang)器,保證換(huan)向同(tong)步性(xing)。設計基(ji)于(yu)可編(bian)程邏輯控制器(qi)(PLC)的控制系統,通過對(dui)夾表器夾(jia)緊力的實(shi)時監測,大幅(fu)度(du)降低(di)被測浮子(zi)流量(liang)計玻璃管在安(an)裝過(guo)程中(zhong)損壞的可(ke)能性。采用(yong)液體(ti)流量(liang)标準(zhun)裝置檢(jian)定(ding)規程(cheng)中的方法對整(zheng)套裝置進行實(shi)驗及不确(que)定度(du)評定(ding),得(de)到其擴(kuo)展不确定(ding)度爲0.25%(k=2)。裝置具有方便(bian)移動(dong)、可(ke)拆卸、可(ke)快速(su)組(zu)合的特(te)點,能夠(gou)滿(man)足精(jing)度等(deng)級1.0級及以(yi)下浮子流(liu)量計(ji)實驗(yan)室或現場(chang)校準的(de)需求。
0引(yin)言
　　浮(fu)子(zi)流(liu)量計(ji)是一(yi)種使用簡(jian)單、讀數方便的(de)瞬時體積(ji)流量(liang)測量(liang)儀表,适用(yong)于低(di)流(liu)速(su)液體(ti)流量(liang)特别是低(di)雷諾數情(qing)況下的微小流量測(ce)量:工況"。因(yin)其結構簡(jian)單(dan)、工作可(ke)靠、流(liu)量穩(wen)定、可測低流速介質(zhi)等優點(dian)明,浮子流量(liang)計(ji)被廣泛(fan)用于電(dian)力、石化(hua)、化工(gong)、冶金、醫藥(yao).環境(jing)保護(hu)、污水(shui)處理(li)等(deng)領(ling)域。
　　浮(fu)子流量(liang)計(ji)工作(zuo)介質(zhi)自(zi)下(xia)而上(shang)流動,不(bu)能(neng)水平(ping)安裝(zhuang)。檢定介質(zhi)與刻(ke)度(du)介(jie)質不(bu)同時(shi)需要(yao)進行(hang)刻度(du)換(huan)算和粘度修(xiu)正(zheng)。國内各(ge)技術機(ji)構(gou)和企(qi)業現(xian)有水流量(liang)标準(zhun)裝(zhuang)置(zhi)無法檢測(ce)浮子流量(liang)計,需建(jian)立專用檢定(ding)裝(zhuang)置(zhi),場地(di)占用(yong)大且(qie)功能(neng)單一。另外,實驗(yan)室對浮子(zi)流量計的(de)檢定(ding)通常(chang)在水(shui)流(liu)量(liang)裝置(zhi)上進(jin)行(hang),無(wu)法模(mo)拟出(chu)實際介質(zhi)條件。雖然實驗(yan)室檢定可給出儀表(biao)在.标(biao)準條(tiao)件下(xia)的計(ji)量性(xing)能,但(dan)會因(yin)實際(ji)使用條(tiao)件(jian)、介質(zhi)的物性參數甚(shen)至介(jie)質本身的(de)變化(hua)而帶來附(fu)加誤(wu)差。因此,研究可移動檢定(ding)裝置,實現被檢(jian)流量(liang)計工況條(tiao)件下的(de)現(xian)場計(ji)量,對浮(fu)子流量(liang)計的(de)檢測(ce)具有重要(yao)意(yi)義。
　　本文(wen)建立了一(yi)套可移動(dong)、可與各種(zhong)液體(ti)流(liu)量裝置(zhi)高效(xiao)組合(he)的浮(fu)子流量計檢定(ding)裝置(zhi),能夠(gou)快速(su)将水平流(liu)場轉(zhuan)換爲适于浮子(zi)流量計檢(jian)定的(de)垂直(zhi)流場,很好(hao)的滿足了(le)多參(can)數、多(duo)規格(ge)、各種(zhong)液體工作(zuo)介質浮子流(liu)量計的(de)現場(chang)和(he)實驗室檢測需求。
1浮子(zi)流量計檢定裝置測(ce)量(liang)原理
　　流(liu)量标(biao)準(zhun)裝(zhuang)置是(shi)流量(liang)儀表進行(hang)檢測(ce)完成(cheng)量值傳遞(di)的(de)重要設(she)備,是保(bao)證流量(liang)儀表質量(liang)的關(guan)鍵環(huan)節。依(yi)據測(ce)量:方(fang)法可将流(liu)量标準(zhun)裝置分(fen)爲靜(jing)态質(zhi)量法(fa)、靜态容積法、動(dong)态質(zhi)量法(fa)和動(dong)态容積(ji)法(fa)。本文(wen)設計的浮(fu)子流(liu)量計檢定(ding)裝置(zhi)爲靜态(tai)質量标(biao)準裝(zhuang)置(zhi),流量源恒壓,流量穩定(ding),測量(liang)精度(du)高。靜(jing)态質(zhi)量法流量(liang)标準裝置測量原理是将一定(ding)時間内通過流量計(ji)的介(jie)質,經(jing)由換向器(qi)全部(bu)導人置(zhi)于稱量(liang)标準器上(shang)的容器中(zhong),然後測量(liang)容器(qi)中介(jie)質的質量(liang)從而(er)得到(dao)流過(guo)流(liu)量(liang)計的介質(zhi)質量,再通(tong)過測(ce)量時(shi)間得(de)到質(zhi)量流量。數(shu)學模型爲(wei)
 
式中:Q一累(lei)積質量流(liu)量,kg/s;
qm一-瞬時質量(liang)流量(liang),kg/s;
m一測:量時(shi)間内(nei)稱(cheng)量(liang)容器内的(de)液體質量(liang)示值,kg,
t,t1,t2一測(ce)量時(shi)間,s。
2浮(fu)子流(liu)量計(ji)檢定裝置方案(an)設計(ji)
2.1裝(zhuang)置設計(ji)指标
　　浮子(zi)流量(liang)計被(bei)廣泛應用(yong)于小(xiao)管徑(jing)、低流(liu)速測(ce)流(liu)領域。以(yi)液體爲例(li),口徑10mm以下(xia)玻璃(li)管浮(fu)子流量計(ji)滿度流量的(de)名義管(guan)徑,流速隻在0.2~0.6m/s之(zhi)間,甚(shen)至低于0.1m/s8。常(chang)用浮子流(liu)量計(ji)口徑(jing)爲(wei)DN15~DN50,對應的(de)流量(liang)範(fan)圍和精(jing)度等(deng)級(ji)分别見(jian)表1和表2。
 
　　根(gen)據常(chang)用流(liu)量(liang)計口徑(jing)、精度等級和流(liu)量測(ce)量(liang)範圍進(jin)行裝置(zhi)設(she)計,具體設(she)計指标見(jian)表3。裝置(zhi)設(she)計采用測(ce)量精(jing)度較(jiao)高的靜态(tai)質量(liang)法,流(liu)量範(fan)圍0.006~16m2/h,滿(man)足常用(yong)口徑DN15~DN50液(ye)體浮(fu)子流量計(ji)檢定(ding)需求。浮子(zi)流量計(ji)檢定裝(zhuang)置的擴展不确(que)定度(du)應(ying)優(you)于被(bei)檢流量(liang)計最大(da)允許誤(wu)差的1/2凹(ao)最高精(jing)度(du)等級(ji)浮子(zi)流(liu)量計爲(wei)1.0級(表(biao)2),因此(ci)組合裝置(zhi)的擴(kuo)展不(bu)确定度應(ying)優于(yu)0.5%。爲保(bao)證測(ce)量正(zheng)确率(lü),浮(fu)子(zi)流量(liang)計安(an)裝傾斜角(jiao)度應(ying)<2°。爲了(le)方便(bian)裝置(zhi)的移(yi)動、拆(chai)卸和高(gao)效(xiao)組裝,整套(tao)裝置(zhi)高度(du)應不超(chao)過(guo)2m。
 
2.2裝置(zhi)結構(gou)設計
　　浮子(zi)流量計檢(jian)定裝置結構設(she)計如(ru)圖1,其主體爲2個(ge)長方體框(kuang)架,由(you)浮子流(liu)量計裝(zhuang)夾表(biao)系(xi)統(tong)和稱(cheng)量系統(含(han)水流換向(xiang)系統(tong))組成(cheng)。浮子(zi)流(liu)量計裝夾表系統中部(bu)爲工作台(tai)面,台面一(yi)側(ce)安(an)裝有(you)水平尺(chi),框架底部安(an)裝有4個腳(jiao)輪和4條可(ke)伸縮(suo)支腳(jiao)便于裝置(zhi)的移(yi)動和(he)調節(jie)固定。進(jin)水(shui)管路(lu)上依次安(an)裝有快速接頭、開關(guan)閥、調(diao)節閥(fa)和排水閥(fa)。裝置(zhi)上端(duan)設置手動(dong)夾表器,實(shi)現(xian)被檢浮(fu)子流(liu)量計(ji)的安裝與(yu)拆(chai)卸。稱重(zhong)系統包括換向器、稱量容器和(he)電子秤。稱(cheng)重系(xi)統下(xia)部(bu)爲工作(zuo)台面,同樣(yang)安裝水平(ping)尺、腳輪和(he)可伸縮支(zhi)腳,實(shi)現被檢浮子流(liu)量計(ji)與稱(cheng)重系(xi)統的(de)連(lian)通。
　　裝置(zhi)設置(zhi)2個檢定台(tai)位,DN25以下包(bao)括DN15、DN20和(he)DN25爲一~條管線,另(ling)一個爲DN32、DN40和DN50浮子(zi)流量計檢(jian)定台位。采用變換管(guan)段的(de)方式(shi),在有(you)限的2個(ge)工(gong)作台(tai)位上覆(fu)蓋(gai)了DN15~DN50所(suo)有管(guan)徑浮子流(liu)量計(ji)的(de)檢(jian)定能(neng)力。一(yi)個台位工(gong)作的同時(shi)可在(zai)另一(yi)個台位安(an)裝被(bei)檢(jian)表(biao),可有效提高(gao)檢定效(xiao)率。
　　機械設計上(shang),采用(yong)電動數控(kong)換向器和夾表(biao)器超(chao)限報警,提(ti)高檢(jian)測過程的(de)自動(dong)化(hua)和(he)智能(neng)化程(cheng)度。首(shou)先,電(dian)動換向(xiang)器控制(zhi)精度高,且(qie)在現場不(bu)具(ju)備壓縮(suo)空氣的情況下(xia)仍可(ke)使用(yong)。其次(ci),在夾裝(zhuang)過(guo)程中(zhong),浮子流(liu)量(liang)計尤(you)其是無導(dao)向結(jie)構流(liu)量(liang)計的玻(bo)璃管極(ji)易(yi)被氣動夾(jia)表器夾碎(sui),采用帶有(you)夾緊(jin)力超(chao)限(xian)報警功(gong)能的手動(dong)夾表(biao)器可以(yi)有效解(jie)決這個(ge)問(wen)題。再次,浮(fu)子流量計(ji)的正(zheng)确(que)檢(jian)測需(xu)要垂(chui)直穩(wen)定流(liu)場,對進、出口管(guan)道同(tong)軸度和工(gong)作台面(mian)的(de)垂直(zhi)度要(yao)求(qiu)比較嚴(yan)格。通過水(shui)平泡調節工作台面(mian)的水平度(du),可保(bao)證被檢流(liu)量計(ji)的傾(qing)斜度(du)小于(yu)2°。
 
2..3裝置(zhi)控(kong)制系統(tong)設計
　　裝置(zhi)控制(zhi)部分(fen)主要(yao)包括(kuo)夾緊(jin)力控制系(xi)統、換(huan)向(xiang)器控制(zhi)系統和稱(cheng)重控制系(xi)統(圖(tu)2),獲取(qu)電子(zi)稱讀數、控(kong)制夾表器(qi)、控制(zhi)換向(xiang)器(qi)動作、控制底(di)閥開(kai)關、脈(mo)沖計數(shu)等由計(ji)算機完成。在夾(jia)緊力(li)控制(zhi)系統(tong)的設(she)計(ji),上,考慮(lü)到被(bei)檢浮(fu)子流量計(ji)容易(yi)損壞(huai),在每個(ge)夾表器(qi).上安(an)裝(zhuang)夾緊力(li)傳感器(夾(jia)緊力(li)測試(shi)儀1和夾緊(jin)力測試(shi)儀(yi)2)。當夾(jia)緊力過大(da)時,由(you)計算機(ji)進(jin)行夾緊力超(chao)限報警(jing),提示(shi)操(cao)作人員停止(zhi)夾緊動作(zuo);換向器(qi)控(kong)制系統中(zhong),換向(xiang)器是(shi)液體流量(liang)裝置(zhi)的重(zhong)要組成部(bu)分,其不确(que)定度(du)大小(xiao)對裝置整(zheng)體合(he)成不(bu)确定(ding)度有較大影響(xiang)1011)影響換(huan)向(xiang)器精(jing)度的(de)主要因素(su)是實際(ji)注(zhu)水時(shi)間和(he)觸發(fa)光電(dian)信号所産(chan)生時間之間(jian)的誤差(cha)凹本裝(zhuang)置采用(yong)步進(jin)電(dian)機(ji)驅動(dong)分水(shui)器換(huan)向,由(you)PLC發送脈沖控制(zhi)電機轉速(su)、加速(su)度和(he)轉(zhuan)動(dong)角度(du)。通過PLC的高(gao)速脈(mo)沖輸(shu)出(chu)通(tong)道,向(xiang)換向器的步進電機(ji)驅動(dong)器按(an)照勻加速-定速(su)勻減速的方式(shi)發送脈沖(chong),換向(xiang)器電機帶着換(huan)向器導流(liu)體進行加速(su)-勻速-減(jian)速的(de)運行(hang)。控制換向(xiang)器運動,保(bao)證裝置不(bu)确定(ding)度水平;稱(cheng)重控(kong)制系(xi)統中(zhong),裝置(zhi)主标準器(qi)精度(du)高電子秤(cheng)通過(guo)485通信(xin)模式,将傳(chuan)感器(qi)讀(du)數傳輸(shu)至PLC控制器,實現(xian)實時數(shu)據(ju)采集。
 
2.4裝置連接系統(tong)設計(ji)
　　浮(fu)子(zi)流量計檢定裝置和(he)液體流(liu)量(liang)裝置(zhi)連接後的系統(tong)示意(yi)圖如(ru)圖3,組合裝(zhuang)置(zhi)由(you)儲水(shui)系統、水源(yuan)循環(huan)穩壓(ya)系統、變頻(pin)調速(su)系統(tong)、裝夾表系(xi)統(tong)、水(shui)流換(huan)向系統(tong)、計算機控制(zhi)系(xi)統、标準(zhun)器和儀表(biao)檢定管線(xian)系(xi)統組成(cheng)。在水流量裝置管段(duan)前後(hou)安裝(zhuang)三通閥和(he)預留旁路,通(tong)過(guo)控制(zhi)三通閥(fa)實(shi)現水流在(zai)試驗管路(lu)和旁路之(zhi)間的(de)切換,三通閥的(de)一端(duan)分(fen)别通過(guo)軟管(guan)與可移動(dong)浮子(zi)流量(liang)計檢(jian)定裝(zhuang)置的人、出(chu)口相連,形(xing)成浮(fu)子流(liu)量計檢定(ding)回路。浮子流量(liang)計檢定裝(zhuang)置和(he)液體流量裝置連接(jie)成(cheng)高效組(zu)合裝置,将(jiang)水平流場(chang)轉換(huan)成适(shi)合浮子流量計檢定(ding)的垂直流(liu)場。
 
3浮子流(liu)量計檢定裝(zhuang)置的不(bu)确定度(du)分(fen)析
　　依(yi)據JJG164-2000液體流量标(biao)準裝置(zhi)檢(jian)定規(gui)程對(dui)浮子流量(liang)計檢(jian)定裝置進(jin)行不确定度評(ping)定叫。不(bu)确定度分量(liang)主要包括(kuo)計時(shi)器(qi)、電(dian)子秤和換向器(qi)。利用(yong)北京計量院水(shui)流量(liang)标準裝置(zhi)作爲動力(li)源,對(dui)研發的浮子流(liu)量計檢(jian)定(ding)裝置(zhi)進行不(bu)确定度(du)評定。換向器在水流(liu)量标(biao)準裝(zhuang)置各組(zu)成(cheng)部分(fen)中極(ji)爲關鍵,在(zai)整個裝置(zhi)不确定度中占(zhan)有相(xiang)當比(bi)重,是整個(ge)裝置(zhi)不(bu)确(que)定度(du)的主(zhu)要來(lai)源,本(ben)文采(cai)用行(hang)程差(cha)法對(dui)換(huan)向(xiang)器換(huan)人/換出重(zhong)複性(xing)誤差進行測量。浮子(zi)流(liu)量計檢(jian)定裝置(zhi)各(ge)不确(que)定度分(fen)量評定(ding)結果(guo)見表(biao)4和表5。
 
　　依據JJG164-2000,浮(fu)子流量(liang)計檢定(ding)裝置的合成(cheng)不确定度(du)u=0.1095%,裝置的(de)擴(kuo)展不(bu)确定(ding)度(du)
U=k·u=2.23x0.1095%=0.2441%~0.25%(k-=2.23)。
　　1.0級爲浮(fu)子流(liu)量(liang)計(ji)的最(zui)高精(jing)度等(deng)級,浮(fu)子流量計(ji)檢定(ding)裝置(zhi)的(de)擴(kuo)展不(bu)确定度(du)應(ying)優于(yu)被檢流(liu)量計最(zui)大允許誤(wu)差的1/2日。組(zu)合裝置擴(kuo)展不确定(ding)度0.25%,滿(man)足最(zui)高等級浮(fu)子流量檢(jian)定要求。
4解決的問題(ti)
　　本文解決的問(wen)題包(bao)括:
1)采用電(dian)動數控(kong)換(huan)向器(qi)技術(shu),解決移動(dong)裝置(zhi)在現(xian)場應用時(shi),由于不具(ju)備壓縮(suo)空氣,帶來的(de)換向稱.重(zhong)系統(tong)無(wu)法(fa)使用的問(wen)題(ti)。
2)采用帶(dai)有夾(jia)緊力(li)超限(xian)報警(jing)功能的手(shou)動夾表(biao)器(qi),解決玻璃(li)管(guan)浮子流(liu)量計(ji)夾裝過程(cheng)中,容(rong)易被夾表(biao)器損壞的問題(ti)
3)解決(jue)了(le)多(duo)種工(gong)作介質(zhi)浮(fu)子流(liu)量計的檢(jian)測問(wen).題本(ben)裝置(zhi)可與(yu)各種(zhong)裝(zhuang)置包括(kuo)水流(liu)量(liang)、油流量(liang)、高黏(nian)液(ye)體(ti)流量(liang)等連通(tong),實(shi)現各種浮子流量計(ji)包括玻璃浮子流量(liang)計(ji)、金(jin)屬浮(fu)子流量計(ji)和塑料浮(fu)子流量計(ji)等.的在線(xian)檢測(ce),無需(xu)刻度換算(suan)和粘度(du)修(xiu)正。
4)提(ti)高了檢測效率(lü)。裝置設(she)計(ji)2個被檢表(biao)台位,每個(ge)台位(wei)都有各自(zi)的開(kai)關閥(fa)和流(liu)量調節(jie)閥(fa)。相.互(hu)獨立(li)、互不(bu)影響(xiang),在檢測一(yi)台流量計(ji)的(de)同時可(ke)以更(geng)換另(ling)一台(tai)位的被檢(jian)表。
5結(jie)束語
　　一(yi)種(zhong)可移動拆(chai)卸(xie)方便、可(ke)快速(su)組合的浮(fu)子流(liu)量(liang)計(ji)檢定(ding)裝置(zhi),爲(wei)保(bao)證測(ce)量精度(du)采用電(dian)動換向器減少(shao)換人/換出行程(cheng)差和(he)重複(fu)性誤(wu)差,爲(wei)避免浮子(zi)流量計(ji)被夾碎設計(ji)了(le)夾(jia)緊力(li)報警功(gong)能(neng)。實驗結果(guo)表明(ming),組合(he)裝置(zhi)的(de)不(bu)确定度(U=0.25%,k=2.23)可(ke)有效(xiao)滿足(zu)DN15~DN50,流量(liang)範圍0.006~16m3/h浮子(zi)流量(liang)計(ji)的實驗(yan)室和(he)現場(chang)檢定(ding)需求(qiu)。

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