摘要:針對(duì)建設專(zhuān)用裝置檢(jiǎn)定浮(fú)子流(liú)量計 ,場地(dì)占用大且無法(fǎ)滿足實流檢定的問題,一種流(liú)量範(fàn)圍爲0.006~16m3/h的可(kě)移動浮子流量計檢(jiǎn)定裝置。裝(zhuāng)置原理爲(wèi)靜态(tài)質量法(fǎ),1台150kg的精(jīng)度電子秤爲主(zhǔ)标準(zhǔn)器。用專用(yòng)電動換向(xiàng)器(qì),保證換(huàn)向同步性(xìng)。設計(jì)基于可編(biān)程邏(luó)輯控(kòng)制器(qì)(plc)的控制系(xì)統,通(tōng)過對(duì)夾表(biǎo)器(qì)夾(jiá)緊力(lì)的實時監測,大幅度降低被測浮子流量計玻璃管在安(ān)裝過程中(zhōng)損壞(huài)的可(kě)能(néng)性。采用(yòng)液體流(liú)量(liàng)标準裝置(zhì)檢定規程(chéng)中的方(fāng)法(fǎ)對整(zhěng)套裝置進行實(shí)驗及不确定度評定(dìng),得(dé)到(dào)其擴(kuò)展不(bú)确定度爲0.25%(k=2)。裝置具有(yǒu)方便(biàn)移動、可拆(chāi)卸、可快速(sù)組合的特(tè)點,能(néng)夠(gòu)滿(mǎn)足精度等(děng)級1.0級及以(yǐ)下浮子流(liú)量計(jì)實驗室或(huò)現(xiàn)場(chǎng)校準的需求。
0引(yǐn)言
　　浮(fú)子(zǐ)流量計(jì)是一種使(shǐ)用簡(jiǎn)單、讀數方便的(de)瞬時體積流量(liàng)測量儀表,适用(yòng)于低流(liú)速液體(tǐ)流量(liàng)特(tè)别(bié)是低雷諾(nuò)數情(qíng)況下的微(wēi)小(xiǎo)流量測(cè)量:工況"。因(yīn)其結(jié)構簡單(dān)、工作可(kě)靠、流量穩(wěn)定、可(kě)測低(dī)流速介質(zhì)等優點明,浮子(zǐ)流量計被(bèi)廣泛用于電(diàn)力、石化(huà)、化工、冶金、醫藥(yào).環(huán)境(jìng)保護(hù)、污水處理等領(lǐng)域。
　　浮(fú)子流量計(jì)工作(zuò)介質自(zì)下而上(shàng)流動(dòng),不(bú)能(néng)水平安裝(zhuāng)。檢定介質(zhì)與刻度介質不(bú)同時(shí)需要進行(háng)刻度換(huàn)算和粘(zhān)度修(xiū)正。國内各(gè)技術機構和企(qǐ)業現(xiàn)有(yǒu)水流量(liàng)标準裝(zhuāng)置(zhì)無法(fǎ)檢測(cè)浮(fú)子(zǐ)流量(liàng)計,需建立(lì)專用(yòng)檢(jiǎn)定裝置(zhì),場地(dì)占用大且功能(néng)單一。另外,實驗(yàn)室對浮子流量(liàng)計的(de)檢定(dìng)通常(cháng)在水流量(liàng)裝置(zhì)上進行,無(wú)法模(mó)拟出實際介質條件(jiàn)。雖(suī)然實驗(yàn)室檢定可給出(chū)儀表(biǎo)在.标準條(tiáo)件下(xià)的(de)計量性(xìng)能,但會因實際(jì)使用條件(jiàn)、介質(zhì)的物性參數甚至(zhì)介質(zhì)本身的(de)變化而(ér)帶來(lái)附(fù)加誤(wù)差。因(yīn)此,研(yán)究可移動檢定(dìng)裝置,實(shí)現(xiàn)被檢流量(liàng)計工(gōng)況條(tiáo)件下的現(xiàn)場計量,對浮子流量(liàng)計的檢測具有(yǒu)重要意(yì)義(yì)。
　　本文(wén)建(jiàn)立了一(yī)套可(kě)移動、可(kě)與各種液體流量(liàng)裝置高效組合的浮(fú)子流量(liàng)計(jì)檢定裝置(zhì),能夠(gòu)快速(sù)将水平流(liú)場轉(zhuǎn)換爲适(shì)于浮子流量計檢定的(de)垂直(zhí)流場,很好(hǎo)的滿足(zú)了(le)多參(cān)數、多規(guī)格、各(gè)種(zhǒng)液體工作(zuò)介質浮子流(liú)量計的(de)現場和實驗室檢測需求。
1浮子(zǐ)流量(liàng)計檢定裝(zhuāng)置測(cè)量(liàng)原(yuán)理
　　流(liú)量标準裝(zhuāng)置是流量(liàng)儀表進行(háng)檢測完(wán)成量值(zhí)傳遞(dì)的重要設備,是(shì)保證(zhèng)流量(liàng)儀表質(zhì)量的關(guān)鍵環節。依據測量:方法可将流(liú)量标準裝(zhuāng)置分(fèn)爲靜(jìng)态質量法、靜态容積法、動态質量法和動态容積法(fǎ)。本文(wén)設計的浮子流量計檢定(dìng)裝置爲靜态質量标準裝(zhuāng)置,流(liú)量源恒壓(yā),流量穩定(dìng),測量精(jīng)度高。靜态質量法(fǎ)流量标準裝(zhuāng)置測量原理是(shì)将(jiāng)一定(dìng)時(shí)間内通過流(liú)量計(jì)的(de)介質(zhì),經(jīng)由換向器全部導人置于稱量(liàng)标準器(qì)上的容器中,然後(hòu)測量(liàng)容器中介質的質量從而(ér)得到(dào)流過流量(liàng)計的介質質量(liàng),再通(tōng)過(guò)測量時間得(dé)到質量流量。數(shù)學模型爲(wèi)
 
式中:q一累(lèi)積(jī)質量流量,kg/s;
qm一-瞬時質量(liàng)流(liú)量,kg/s;
m一測:量時(shí)間内稱量(liàng)容器内的液體(tǐ)質量(liàng)示值(zhí),kg,
t,t1,t2一測量時(shí)間,s。
2浮子流量計(jì)檢定(dìng)裝(zhuāng)置方案(àn)設計(jì)
2.1裝置設計(jì)指标(biāo)
　　浮子(zǐ)流量計被廣泛應用(yòng)于小管徑(jìng)、低流(liú)速測(cè)流領域。以(yǐ)液體爲例,口(kǒu)徑10mm以下(xià)玻璃(lí)管浮(fú)子流量計(jì)滿度流量的名(míng)義管(guǎn)徑,流速隻(zhī)在0.2~0.6m/s之(zhī)間,甚(shèn)至低于0.1m/s8。常用浮子流(liú)量計(jì)口徑爲(wèi)dn15~dn50,對應的(de)流量(liàng)範(fàn)圍和精(jīng)度等級分别見(jiàn)表1和表(biǎo)2。
 
　　根據常(cháng)用流量(liàng)計(jì)口徑、精度等(děng)級和流(liú)量測(cè)量範(fàn)圍進(jìn)行裝置設計,具(jù)體設(shè)計指标見(jiàn)表3。裝置設(shè)計采(cǎi)用測量(liàng)精度較(jiào)高的靜态質量法,流量範圍0.006~16m2/h,滿(mǎn)足常用口(kǒu)徑(jìng)dn15~dn50液(yè)體浮子流量計(jì)檢定需求。浮子(zǐ)流量(liàng)計檢定裝(zhuāng)置的擴(kuò)展不确(què)定度應優于(yú)被(bèi)檢流量計(jì)最大(dà)允許(xǔ)誤差的1/2凹(āo)最高(gāo)精度等級(jí)浮子(zǐ)流量計爲(wèi)1.0級(表2),因此(cǐ)組合(hé)裝置(zhì)的擴展不(bú)确定度應優于0.5%。爲保(bǎo)證測量正(zhèng)确(què)率,浮(fú)子流量(liàng)計安(ān)裝傾斜角度應<2°。爲了(le)方便裝置(zhì)的(de)移動、拆(chāi)卸和高效(xiào)組裝,整套裝(zhuāng)置高度(dù)應不超過2m。
 
2.2裝置(zhì)結構設計
　　浮子(zǐ)流量計檢(jiǎn)定裝(zhuāng)置結構(gòu)設計如(rú)圖1,其主(zhǔ)體爲2個長方體框(kuàng)架,由(yóu)浮子流量計裝(zhuāng)夾表(biǎo)系統和稱量系統(含(hán)水流換向系統)組成(chéng)。浮子流量計裝(zhuāng)夾表(biǎo)系統(tǒng)中部(bù)爲工作台面,台面一(yī)側安裝有(yǒu)水平尺(chǐ),框架底(dǐ)部安(ān)裝有4個(gè)腳(jiǎo)輪和4條(tiáo)可(kě)伸縮支腳(jiǎo)便(biàn)于(yú)裝置(zhì)的移(yí)動和調節(jiē)固定。進水(shuǐ)管路(lù)上依次安裝有(yǒu)快速接(jiē)頭、開關(guān)閥、調節(jiē)閥和排(pái)水閥(fá)。裝置上端(duān)設(shè)置(zhì)手動夾表(biǎo)器,實現(xiàn)被檢浮(fú)子流量計(jì)的安(ān)裝與拆卸。稱重(zhòng)系統包括(kuò)換向(xiàng)器、稱量容器和(hé)電子(zǐ)秤。稱重系(xì)統下部爲(wèi)工作(zuò)台面,同(tóng)樣(yàng)安裝(zhuāng)水平(píng)尺、腳(jiǎo)輪和(hé)可伸縮(suō)支腳,實(shí)現被檢浮子流量計與(yǔ)稱(chēng)重系(xì)統的(de)連通(tōng)。
　　裝置(zhì)設置(zhì)2個檢定台(tái)位,dn25以(yǐ)下(xià)包(bāo)括dn15、dn20和(hé)dn25爲一(yī)~條管(guǎn)線(xiàn),另一個(gè)爲dn32、dn40和(hé)dn50浮子流量計檢(jiǎn)定台(tái)位。采(cǎi)用變(biàn)換管(guǎn)段的方式,在有限的(de)2個工作(zuò)台(tái)位上覆蓋(gài)了dn15~dn50所有管(guǎn)徑(jìng)浮子流(liú)量計的檢定能(néng)力。一個台位工(gōng)作的同時(shí)可在另一(yī)個台(tái)位安(ān)裝被(bèi)檢表,可有效提高(gāo)檢定效(xiào)率(lǜ)。
　　機械設(shè)計上(shàng),采用(yòng)電動數(shù)控(kòng)換向器(qì)和夾表(biǎo)器超(chāo)限報警,提(tí)高檢(jiǎn)測(cè)過程的自動化(huà)和智能(néng)化程度(dù)。首先,電(diàn)動換向器(qì)控制精度高(gāo),且在現場不(bú)具備壓縮(suō)空氣(qì)的(de)情況下(xià)仍可(kě)使用。其次(cì),在夾裝過(guò)程中(zhōng),浮子流量計尤(yóu)其是(shì)無導向結(jié)構流(liú)量計的玻(bō)璃管極(jí)易(yì)被氣動夾表器(qì)夾碎(suì),采用帶(dài)有夾緊力超限報警功(gōng)能的手動夾表器可以有效解(jiě)決這個(gè)問題。再(zài)次,浮子流量計(jì)的正确檢測需(xū)要垂直穩定流(liú)場,對進、出口管(guǎn)道同軸度和工(gōng)作台(tái)面(miàn)的(de)垂直(zhí)度要求比較嚴(yán)格。通過水(shuǐ)平泡(pào)調節工作台面(miàn)的水平度,可保(bǎo)證被檢流(liú)量計(jì)的傾斜(xié)度(dù)小于2°。
 
2..3裝置(zhì)控制系統(tǒng)設計
　　裝(zhuāng)置(zhì)控制部分主要(yào)包括夾緊力控制系統、換向(xiàng)器(qì)控制(zhì)系(xì)統(tǒng)和稱重控制系(xì)統(圖2),獲取電子稱讀(dú)數、控制夾(jiá)表器、控制(zhì)換向器動作、控(kòng)制底閥開(kāi)關、脈(mò)沖計數(shù)等由計(jì)算機(jī)完成。在夾(jiá)緊力控制系統(tǒng)的設(shè)計,上,考慮到被(bèi)檢(jiǎn)浮(fú)子流(liú)量計容易損(sǔn)壞(huài),在每(měi)個夾(jiá)表器(qì).上安(ān)裝(zhuāng)夾緊力(lì)傳感器(夾緊力測試(shì)儀1和夾緊(jǐn)力測(cè)試儀(yí)2)。當(dāng)夾緊力(lì)過大時,由(yóu)計算機進行夾緊力(lì)超限報警,提示(shì)操作人員停止夾緊(jǐn)動(dòng)作(zuò);換向器控(kòng)制系(xì)統中,換(huàn)向(xiàng)器是(shì)液體流量(liàng)裝置(zhì)的重(zhòng)要(yào)組(zǔ)成部(bù)分,其不确定度(dù)大小對(duì)裝(zhuāng)置整體合成不确定度有(yǒu)較大影響1011)影響換向器精(jīng)度的(de)主要因素(sù)是實際注(zhù)水時(shí)間和(hé)觸(chù)發光電(diàn)信号所(suǒ)産生時間之間的誤差(chà)凹本(běn)裝置(zhì)采(cǎi)用步進電機(jī)驅動(dòng)分水器換(huàn)向,由(yóu)plc發送(sòng)脈沖控制(zhì)電(diàn)機轉(zhuǎn)速(sù)、加速(sù)度和轉(zhuǎn)動角度(dù)。通過plc的高(gāo)速脈(mò)沖輸(shū)出通道,向(xiàng)換向器的步進(jìn)電機驅動器按(àn)照勻(yún)加速-定速勻減速(sù)的(de)方式(shì)發送脈沖(chòng),換向器電(diàn)機帶着換向器導(dǎo)流(liú)體進(jìn)行加(jiā)速(sù)-勻速-減速的運行(háng)。控制(zhì)換向器運(yùn)動,保(bǎo)證裝置(zhì)不(bú)确定度水平;稱重控(kòng)制系統中,裝置(zhì)主标(biāo)準(zhǔn)器精度(dù)高電子秤通過485通信模式,将傳感器讀數傳輸(shū)至plc控制器,實現(xiàn)實時數據采集。
 
2.4裝置(zhì)連(lián)接系統(tǒng)設計(jì)
　　浮子(zǐ)流量(liàng)計檢定裝置和(hé)液體流量裝置(zhì)連接後的(de)系統(tǒng)示意圖如圖3,組合裝(zhuāng)置由儲水(shuǐ)系統、水源(yuán)循環穩壓系統、變頻調速系統、裝夾(jiá)表系統、水(shuǐ)流換向系統、計算機控制系統、标準(zhǔn)器和儀表檢定(dìng)管線系統(tǒng)組成(chéng)。在水(shuǐ)流量(liàng)裝置(zhì)管段前後安裝(zhuāng)三通閥(fá)和預留(liú)旁路(lù),通過控制(zhì)三通閥實(shí)現水流在(zài)試驗(yàn)管路(lù)和旁路之(zhī)間的(de)切換(huàn),三通閥的(de)一端(duān)分别通過(guò)軟管(guǎn)與可(kě)移動(dòng)浮子流量(liàng)計檢定裝置的人、出(chū)口相連(lián),形成浮(fú)子流量計(jì)檢(jiǎn)定(dìng)回路。浮子流量(liàng)計檢定裝(zhuāng)置和(hé)液體(tǐ)流(liú)量裝置(zhì)連接成高效組(zǔ)合裝置,将水平(píng)流場(chǎng)轉換成适合浮子流(liú)量計(jì)檢定的垂直流(liú)場。
 
3浮(fú)子流(liú)量計(jì)檢定裝(zhuāng)置的不(bú)确定度分(fèn)析
　　依據jjg164-2000液(yè)體流量标(biāo)準裝置(zhì)檢定規(guī)程(chéng)對(duì)浮(fú)子流量(liàng)計檢定(dìng)裝置(zhì)進(jìn)行不确定度評定叫(jiào)。不确(què)定度(dù)分量主(zhǔ)要包括(kuò)計時器、電(diàn)子秤(chèng)和換向器(qì)。利(lì)用北京計量(liàng)院水流量标(biāo)準(zhǔn)裝置作爲動力源,對研發(fā)的(de)浮子流(liú)量計檢定(dìng)裝置進行不确(què)定度(dù)評定。換(huàn)向器在水流(liú)量标(biāo)準裝(zhuāng)置各組成部分(fèn)中極(jí)爲關(guān)鍵,在(zài)整個(gè)裝(zhuāng)置不确定度(dù)中(zhōng)占有相(xiàng)當比重(zhòng),是整個裝置(zhì)不确(què)定度(dù)的主(zhǔ)要(yào)來源,本(běn)文采用(yòng)行程差(chà)法對(duì)換(huàn)向器換(huàn)人/換出重複性(xìng)誤差進行(háng)測量。浮子流量(liàng)計檢定裝(zhuāng)置(zhì)各(gè)不确(què)定度分(fèn)量評定結果(guǒ)見表(biǎo)4和表5。
 
　　依據(jù)jjg164-2000,浮子流量(liàng)計檢定裝置(zhì)的合成(chéng)不确(què)定度(dù)u=0.1095%,裝置的擴展不(bú)确定(dìng)度
u=k·u=2.23x0.1095%=0.2441%~0.25%(k-=2.23)。
　　1.0級爲浮(fú)子流量計的最高精(jīng)度等(děng)級,浮子流量計(jì)檢定(dìng)裝置的(de)擴展不(bú)确定度應(yīng)優于(yú)被(bèi)檢流量計最(zuì)大允許(xǔ)誤差(chà)的(de)1/2日。組(zǔ)合裝置擴(kuò)展不确(què)定度0.25%,滿(mǎn)足最(zuì)高等級浮(fú)子(zǐ)流(liú)量檢定要(yào)求。
4解決的問題(tí)
　　本文(wén)解決(jué)的問題包括:
1)采用電(diàn)動數控換(huàn)向器(qì)技術,解決移動(dòng)裝置在現場應用時(shí),由于(yú)不具備壓縮空氣,帶來的(de)換向稱.重(zhòng)系統(tǒng)無法(fǎ)使用的問(wèn)題(tí)。
2)采(cǎi)用(yòng)帶(dài)有夾緊力超限(xiàn)報警功(gōng)能的手(shǒu)動夾表器,解決(jué)玻(bō)璃管(guǎn)浮子流(liú)量計夾(jiá)裝過程(chéng)中,容(róng)易被夾表(biǎo)器損壞的問題
3)解決(jué)了多(duō)種工(gōng)作介質浮子流(liú)量計的檢測問.題本裝置可與(yǔ)各種裝(zhuāng)置包括(kuò)水流量、油流量、高黏液體流量(liàng)等連通,實現各種浮(fú)子流(liú)量計(jì)包括玻(bō)璃(lí)浮子流量(liàng)計、金屬浮(fú)子流(liú)量(liàng)計和塑(sù)料浮(fú)子流量計(jì)等.的在線(xiàn)檢測,無需刻(kè)度換算(suàn)和粘度修(xiū)正。
4)提(tí)高了檢(jiǎn)測效率(lǜ)。裝置設計(jì)2個被(bèi)檢表(biǎo)台位,每個台位都有(yǒu)各自(zì)的開(kāi)關閥和流(liú)量調(diào)節閥(fá)。相.互獨立、互(hù)不影響,在檢測(cè)一台流(liú)量計的同(tóng)時可(kě)以更(gèng)換另一台位的被檢(jiǎn)表。
5結(jié)束語
　　一種可移動拆卸方便、可(kě)快速組(zǔ)合的浮子流(liú)量(liàng)計檢定(dìng)裝置,爲保證測(cè)量精度采用(yòng)電(diàn)動換向(xiàng)器減少換人/換出(chū)行程(chéng)差和重複性誤差(chà),爲避免浮子(zǐ)流量計被夾碎(suì)設計(jì)了夾緊力(lì)報警功能。實驗(yàn)結果表明,組合裝置的不确定度(u=0.25%,k=2.23)可有(yǒu)效滿足(zú)dn15~dn50,流量範圍0.006~16m3/h浮子(zǐ)流量計的實驗室和現場(chǎng)檢定(dìng)需求。

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