摘(zhai)要:針對(dui)建設專(zhuan)用裝置(zhi)檢定浮(fu)子流量(liang)計 ,場地(di)占用大(da)且無法(fa)滿足實(shi)流檢定(ding)的問題(ti),一種流(liu)量範圍(wei)爲0.006~16m3/h的可(ke)移動浮(fu)子流量(liang)計檢定(ding)裝置。裝(zhuang)置原理(li)爲靜态(tai)質量✨法(fa),1台150kg的精(jing)度電子(zi)秤爲主(zhu)标準器(qi)。用專用(yong)電動換(huan)向器,保(bao)證換向(xiang)同步性(xing)。設計基(ji)于可編(bian)程邏輯(ji)控制器(qi)(PLC)的控✨制(zhi)系統,通(tong)過對夾(jia)表器夾(jia)緊力的(de)實時監(jian)測,大幅(fu)度降低(di)被測浮(fu)子流量(liang)計玻璃(li)管在安(an)裝過程(cheng)中損壞(huai)的可能(neng)性。采用(yong)液體流(liu)量🈲标準(zhun)裝置檢(jian)定規程(cheng)中的方(fang)法對整(zheng)套裝置(zhi)進行實(shi)驗及不(bu)🤟确定度(du)評定,得(de)到其擴(kuo)展不确(que)定度爲(wei)0.25%(k=2)。裝置具(ju)有方便(bian)移動、可(ke)拆卸、可(ke)快速組(zu)合的特(te)點,能夠(gou)滿足精(jing)💃🏻度等級(ji)1.0級及以(yi)下浮子(zi)流量計(ji)實驗室(shi)或現場(chang)校準的(de)需求。
0引(yin)言
　　浮子(zi)流量計(ji)是一種(zhong)使用簡(jian)單、讀數(shu)方便的(de)瞬時體(ti)🚩積流量(liang)測量儀(yi)表,适用(yong)于低流(liu)速液體(ti)流量特(te)别是低(di)雷諾數(shu)情況🈲下(xia)的微小(xiao)流量測(ce)量:工況(kuang)"。因其結(jie)構簡單(dan)、工作可(ke)靠、流量(liang)穩定、可(ke)測低流(liu)速介質(zhi)等優點(dian)明,浮子(zi)流量計(ji)被廣泛(fan)用于電(dian)力、石化(hua)、化🏃‍♀️工、冶(ye)金、醫藥(yao).環境保(bao)護、污水(shui)處理等(deng)領域。
　　浮(fu)子流量(liang)計工作(zuo)介質自(zi)下而上(shang)流動,不(bu)能水平(ping)安裝。檢(jian)定介質(zhi)與刻度(du)介質不(bu)同時需(xu)要進行(hang)刻度換(huan)算和粘(zhan)度修正(zheng)。國内各(ge)技術機(ji)構和企(qi)業現有(you)水流量(liang)标準🏃裝(zhuang)置無法(fa)檢測浮(fu)子流量(liang)計,需建(jian)立專用(yong)檢定裝(zhuang)置,場地(di)占用大(da)且功能(neng)單一。另(ling)外,實驗(yan)室對浮(fu)子流量(liang)計的🌈檢(jian)定通常(chang)在🔴水流(liu)量裝置(zhi)上進行(hang),無法🈲模(mo)拟出實(shi)際介質(zhi)條件。雖(sui)然實驗(yan)室檢定(ding)可給出(chu)儀表在(zai).标準條(tiao)件下的(de)計量性(xing)能,但會(hui)因實際(ji)使用條(tiao)件🧡、介質(zhi)的物性(xing)參數甚(shen)至介質(zhi)本身的(de)變化而(er)帶來附(fu)加誤差(cha)。因此,研(yan)究可移(yi)動檢定(ding)裝置,實(shi)現被檢(jian)流‼️量計(ji)工況條(tiao)件下的(de)現場計(ji)量,對浮(fu)子流量(liang)計的檢(jian)🍉測具有(you)重要意(yi)義。
　　本文(wen)建立了(le)一套可(ke)移動、可(ke)與各種(zhong)液體流(liu)量裝置(zhi)高效組(zu)合的浮(fu)子流量(liang)計檢定(ding)裝置,能(neng)夠快速(su)将水平(ping)流場轉(zhuan)換爲适(shi)于🏃‍♀️浮子(zi)流量計(ji)檢定的(de)垂直流(liu)場☁️,很好(hao)的滿足(zu)了多參(can)數🐇、多規(gui)格💚、各種(zhong)液體工(gong)作介質(zhi)浮子流(liu)量計的(de)現場和(he)實驗室(shi)檢測需(xu)求。
1浮子(zi)流量計(ji)檢定裝(zhuang)置測量(liang)原理
　　流(liu)量标準(zhun)裝置是(shi)流量儀(yi)表進行(hang)檢測完(wan)成量值(zhi)傳遞的(de)重要設(she)♻️備,是保(bao)證流量(liang)儀表質(zhi)量的關(guan)鍵環節(jie)。依據測(ce)量:方法(fa)可将流(liu)量标準(zhun)裝置分(fen)爲靜态(tai)質量法(fa)、靜态容(rong)積法、動(dong)态質量(liang)法和動(dong)态容積(ji)法。本文(wen)設計的(de)浮子流(liu)量計檢(jian)🔞定裝置(zhi)爲靜态(tai)質量标(biao)準裝置(zhi)💘,流量源(yuan)恒壓,流(liu)量穩定(ding),測量精(jing)度高。靜(jing)态質量(liang)法流量(liang)标準裝(zhuang)置測量(liang)原理是(shi)将一定(ding)時間内(nei)通過流(liu)量計的(de)介質✉️,經(jing)由換向(xiang)器全部(bu)導人置(zhi)🈚于稱量(liang)标準器(qi)上的容(rong)器中,然(ran)後測量(liang)容器中(zhong)介質的(de)質量從(cong)而得🈚到(dao)流過流(liu)量計的(de)介質質(zhi)量,再通(tong)過測量(liang)時間得(de)到質量(liang)流量。數(shu)學模型(xing)爲
 
式中(zhong):Q一累積(ji)質量流(liu)量,kg/s;
qm一-瞬(shun)時質量(liang)流量,kg/s;
m一(yi)測:量時(shi)間内稱(cheng)量容器(qi)内的液(ye)體質量(liang)示值,kg,
t,t1,t2一(yi)測量時(shi)間,s。
2浮子(zi)流量計(ji)檢定裝(zhuang)置方案(an)設計
2.1裝(zhuang)置設計(ji)指标
　　浮(fu)子流量(liang)計被廣(guang)泛應用(yong)于小管(guan)徑、低流(liu)速測流(liu)領🌍域⭐。以(yi)液體爲(wei)例,口徑(jing)10mm以下玻(bo)璃管浮(fu)子流量(liang)計滿度(du)流量的(de)名義管(guan)徑,流速(su)隻在0.2~0.6m/s之(zhi)間,甚至(zhi)低于0.1m/s8。常(chang)用浮子(zi)流量🔴計(ji)口徑爲(wei)DN15~DN50,對應的(de)流量範(fan)圍和精(jing)度等級(ji)分别見(jian)表1和表(biao)2。
 
　　根據常(chang)用流量(liang)計口徑(jing)、精度等(deng)級和流(liu)量測量(liang)範圍進(jin)行裝置(zhi)設計,具(ju)體設計(ji)指标見(jian)表3。裝置(zhi)設計采(cai)用測量(liang)精度較(jiao)高⛷️的靜(jing)态質量(liang)法,流量(liang)範圍0.006~16m2/h,滿(man)足常用(yong)💜口徑DN15~DN50液(ye)體浮子(zi)流量計(ji)檢定需(xu)🔅求。浮子(zi)流量計(ji)檢定裝(zhuang)置的擴(kuo)展不确(que)定度應(ying)優于被(bei)檢流量(liang)計最大(da)允💋許誤(wu)差的1/2凹(ao)最高精(jing)度等級(ji)浮子流(liu)量💜計爲(wei)1.0級(表2),因(yin)此組合(he)裝置的(de)擴展不(bu)确定度(du)應優于(yu)0.5%。爲保證(zheng)🌈測量正(zheng)确率,浮(fu)子流量(liang)計安裝(zhuang)傾斜角(jiao)度應<2°。爲(wei)了方便(bian)裝置㊙️的(de)移動、拆(chai)卸和高(gao)♍效組裝(zhuang),整套裝(zhuang)置高度(du)應不超(chao)♋過2m。
 
2.2裝置(zhi)結構設(she)計
　　浮子(zi)流量計(ji)檢定裝(zhuang)置結構(gou)設計如(ru)圖1,其主(zhu)體爲2個(ge)長方體(ti)框架,由(you)浮子流(liu)量計裝(zhuang)夾表系(xi)統和稱(cheng)量系❗統(tong)(含水流(liu)❄️換向系(xi)統)組成(cheng)。浮子流(liu)量計裝(zhuang)夾表系(xi)統中部(bu)爲✊工作(zuo)台面,台(tai)面一側(ce)安裝有(you)水平尺(chi),框架底(di)部安裝(zhuang)有4個腳(jiao)輪和4條(tiao)可伸縮(suo)✊支腳便(bian)于🏃🏻‍♂️裝置(zhi)的移動(dong)和調節(jie)固定。進(jin)水管路(lu)上依次(ci)安裝有(you)快速接(jie)頭、開關(guan)閥、調節(jie)閥🥵和排(pai)水閥。裝(zhuang)置上端(duan)設置手(shou)動夾表(biao)器,實現(xian)被檢浮(fu)子流量(liang)計😍的安(an)裝與拆(chai)卸。稱重(zhong)系統🙇‍♀️包(bao)括換向(xiang)器、稱量(liang)容器和(he)電子秤(cheng)。稱重系(xi)統下部(bu)爲工作(zuo)台面,同(tong)樣安裝(zhuang)水平尺(chi)、腳輪和(he)可伸縮(suo)支腳,實(shi)💃現被檢(jian)浮子流(liu)量計與(yu)稱📐重系(xi)統的連(lian)通。
　　裝置(zhi)設置2個(ge)檢定台(tai)位,DN25以下(xia)包括DN15、DN20和(he)DN25爲一~條(tiao)管線,另(ling)💛一個爲(wei)DN32、DN40和DN50浮子(zi)流量計(ji)檢定台(tai)位。采用(yong)變換管(guan)段的方(fang)式,在有(you)限的2個(ge)工作台(tai)位上覆(fu)蓋了DN15~DN50所(suo)有管徑(jing)浮子流(liu)量計的(de)檢定能(neng)力。一個(ge)台位工(gong)作❤️的同(tong)時可在(zai)另一個(ge)台㊙️位安(an)裝被檢(jian)表,可有(you)效提高(gao)檢💔定效(xiao)率。
　　機械(xie)設計上(shang),采用電(dian)動數控(kong)換向器(qi)和夾表(biao)器超限(xian)報警,提(ti)高檢測(ce)過程的(de)自動化(hua)和智能(neng)化程度(du)。首先,電(dian)動換向(xiang)器控制(zhi)精度高(gao)💘,且在現(xian)場不具(ju)備壓縮(suo)空氣的(de)情況下(xia)仍可使(shi)用。其次(ci),在夾裝(zhuang)過程中(zhong),浮子流(liu)量計尤(you)其是無(wu)導向結(jie)構流量(liang)計的玻(bo)璃管極(ji)易被氣(qi)動夾表(biao)器♈夾碎(sui),采用帶(dai)有夾緊(jin)力超限(xian)報警功(gong)能的手(shou)動夾表(biao)器可以(yi)有效解(jie)決這個(ge)問題。再(zai)次,浮子(zi)㊙️流量計(ji)的正确(que)檢測需(xu)要垂直(zhi)穩定流(liu)場,對進(jin)、出口管(guan)道同軸(zhou)度和工(gong)作台面(mian)的垂直(zhi)度要求(qiu)🚶比較嚴(yan)格。通過(guo)水平泡(pao)調節工(gong)作台面(mian)的水平(ping)度,可保(bao)證✊被檢(jian)流量計(ji)的傾斜(xie)度✌️小于(yu)2°。
 
2..3裝置控(kong)制系統(tong)設計
　　裝(zhuang)置控制(zhi)部分主(zhu)要包括(kuo)夾緊力(li)控制系(xi)統、換向(xiang)器控💞制(zhi)🍓系統和(he)稱重控(kong)制系統(tong)(圖2),獲取(qu)電子稱(cheng)讀數、控(kong)制夾表(biao)器、控制(zhi)換向器(qi)動💁作、控(kong)制底閥(fa)開關、脈(mo)沖計數(shu)等由計(ji)算機完(wan)成。在夾(jia)緊力控(kong)制系統(tong)的設計(ji),上,考慮(lü)到被💜檢(jian)浮子流(liu)量計容(rong)易損壞(huai),在每個(ge)夾表器(qi).上安裝(zhuang)夾緊力(li)傳感器(qi)(夾緊力(li)測試儀(yi)1和夾緊(jin)力測試(shi)儀2)。當夾(jia)緊力過(guo)大時,由(you)計算機(ji)進行夾(jia)緊力超(chao)限👌報警(jing),提示操(cao)作人員(yuan)停止夾(jia)緊動作(zuo);換向器(qi)控制系(xi)🥵統中,換(huan)向器是(shi)液體🐉流(liu)量裝置(zhi)的重要(yao)組成部(bu)分,其不(bu)确定度(du)大小對(dui)裝置整(zheng)體合成(cheng)不确定(ding)度有較(jiao)大👄影響(xiang)1011)影響換(huan)向器精(jing)度的❄️主(zhu)要因素(su)是實際(ji)注水時(shi)間和觸(chu)發光💃🏻電(dian)信号所(suo)産生時(shi)間之間(jian)的誤差(cha)凹本裝(zhuang)置采用(yong)步進電(dian)機驅動(dong)分水器(qi)🚶換向,由(you)PLC發送脈(mo)沖控制(zhi)電機🈚轉(zhuan)速、加速(su)度和轉(zhuan)動角度(du)。通過PLC的(de)高速脈(mo)🏃🏻‍♂️沖輸出(chu)通道,向(xiang)🔴換向器(qi)的步進(jin)電機驅(qu)動器按(an)照勻加(jia)速-定速(su)勻減速(su)的方式(shi)發送脈(mo)沖,換向(xiang)器電機(ji)帶着換(huan)向器導(dao)流體進(jin)行加速(su)-勻速-減(jian)速的運(yun)行。控制(zhi)換向器(qi)運動,保(bao)證裝置(zhi)不确定(ding)度水平(ping);稱重控(kong)制系統(tong)中,裝置(zhi)主标準(zhun)器精度(du)高電子(zi)秤通過(guo)485通信模(mo)式♈,将傳(chuan)感器🌂讀(du)數傳輸(shu)至PLC控制(zhi)器,實現(xian)實時數(shu)據采集(ji)。
 
2.4裝置連(lian)接系統(tong)設計
　　浮(fu)子流量(liang)計檢定(ding)裝置和(he)液體流(liu)量裝置(zhi)連接後(hou)的系👌統(tong)示意圖(tu)如圖3,組(zu)合裝置(zhi)由儲水(shui)系統、水(shui)源循環(huan)穩壓🐪系(xi)統、變頻(pin)調速系(xi)統、裝夾(jia)表系統(tong)、水流換(huan)向系✔️統(tong)、計算機(ji)控制系(xi)統、标準(zhun)器和💛儀(yi)表檢定(ding)管線系(xi)統🌈組成(cheng)。在水🚶流(liu)量裝置(zhi)管段前(qian)後🔱安裝(zhuang)三通閥(fa)和預留(liu)❤️旁路,通(tong)過控制(zhi)三通閥(fa)實現水(shui)流在試(shi)驗管路(lu)和旁路(lu)之間的(de)切換,三(san)通閥的(de)一端分(fen)别通過(guo)軟管與(yu)可♌移動(dong)浮子流(liu)量計檢(jian)定裝置(zhi)的人、出(chu)口相連(lian),形成浮(fu)子💔流量(liang)計檢定(ding)回路。浮(fu)子流量(liang)計檢定(ding)裝置和(he)液體流(liu)量裝置(zhi)連接成(cheng)高效組(zu)合裝☔置(zhi),将水平(ping)流場轉(zhuan)換⚽成适(shi)合浮子(zi)流量計(ji)檢定的(de)垂直流(liu)場。
 
3浮子(zi)流量計(ji)檢定裝(zhuang)置的不(bu)确定度(du)分析
　　依(yi)據JJG164-2000液體(ti)流量标(biao)準裝置(zhi)檢定規(gui)程對浮(fu)子流量(liang)計檢定(ding)裝置進(jin)行不确(que)定度評(ping)定叫。不(bu)确定度(du)分量主(zhu)要包括(kuo)計時器(qi)、電子秤(cheng)和換向(xiang)器。利用(yong)北京計(ji)量院水(shui)流量标(biao)準裝置(zhi)作爲動(dong)力源,對(dui)研發的(de)浮子流(liu)量計檢(jian)定裝置(zhi)進行不(bu)确定度(du)評定。換(huan)向器在(zai)水流量(liang)👄标準裝(zhuang)置各🏃🏻‍♂️組(zu)成部分(fen)中極爲(wei)關鍵,在(zai)整個裝(zhuang)置不🏃‍♂️确(que)定度中(zhong)占☁️有相(xiang)當比重(zhong),是整🌈個(ge)裝置不(bu)确定度(du)的♻️主要(yao)來源🌍,本(ben)文采用(yong)行程差(cha)法對換(huan)向器換(huan)人/換出(chu)重複性(xing)誤差進(jin)行測量(liang)。浮子流(liu)量計檢(jian)定裝置(zhi)各不确(que)定度分(fen)量評定(ding)結果見(jian)表4和表(biao)5。
 
　　依據JJG164-2000,浮(fu)子流量(liang)計檢定(ding)裝置的(de)合成不(bu)确定度(du)u=0.1095%,裝置的(de)擴展🔞不(bu)确定度(du)
U=k·u=2.23x0.1095%=0.2441%~0.25%(k-=2.23)。
　　1.0級爲浮(fu)子流量(liang)計的最(zui)高精度(du)等級,浮(fu)子流量(liang)計檢定(ding)🏃🏻‍♂️裝置🔞的(de)擴☂️展不(bu)确定度(du)應優于(yu)被檢流(liu)量計最(zui)大允許(xu)誤差的(de)1/2日。組合(he)裝置擴(kuo)展不确(que)定度0.25%,滿(man)足最高(gao)等級浮(fu)子流量(liang)檢定要(yao)求。
4解決(jue)的問題(ti)
　　本文解(jie)決的問(wen)題包括(kuo):
1)采用電(dian)動數控(kong)換向器(qi)技術,解(jie)決移動(dong)裝置在(zai)現場應(ying)用時,由(you)于不具(ju)備壓縮(suo)空氣,帶(dai)來的換(huan)向稱.重(zhong)系統無(wu)法使用(yong)的問題(ti)。
2)采用帶(dai)有夾緊(jin)力超限(xian)報警功(gong)能的手(shou)動夾表(biao)器,解決(jue)玻璃管(guan)浮子流(liu)量計夾(jia)裝過程(cheng)中,容易(yi)被夾表(biao)器損壞(huai)的問題(ti)
3)解決了(le)多種工(gong)作介質(zhi)浮子流(liu)量計的(de)檢測問(wen).題本💛裝(zhuang)置可🏒與(yu)各☁️種裝(zhuang)置包括(kuo)水流量(liang)、油流量(liang)、高黏液(ye)體流量(liang)等連通(tong),實現各(ge)種浮子(zi)流量計(ji)包括玻(bo)璃浮子(zi)流量計(ji)、金屬浮(fu)🔱子流量(liang)計和塑(su)🚩料浮子(zi)流量計(ji)等.的在(zai)線檢測(ce),無需刻(ke)度換算(suan)和粘度(du)修正。
4)提(ti)高了檢(jian)測效率(lü)。裝置設(she)計2個被(bei)檢表台(tai)位,每個(ge)台位都(dou)有各自(zi)的開關(guan)閥和流(liu)量調節(jie)閥。相.互(hu)獨立、互(hu)不影響(xiang),在🌐檢測(ce)一台😄流(liu)量計的(de)同時可(ke)以更換(huan)另一🏃‍♀️台(tai)位的✨被(bei)檢表。
5結(jie)束語
　　一(yi)種可移(yi)動拆卸(xie)方便、可(ke)快速組(zu)合的浮(fu)子流量(liang)計檢定(ding)✔️裝置,爲(wei)保證測(ce)量精度(du)采用電(dian)動換向(xiang)器減少(shao)換人/換(huan)出行程(cheng)🚶差和重(zhong)複性誤(wu)差,爲避(bi)免浮子(zi)流量計(ji)被夾碎(sui)設計了(le)夾緊力(li)報警功(gong)能。實驗(yan)結果表(biao)明,組合(he)裝置㊙️的(de)不确定(ding)度(U=0.25%,k=2.23)可有(you)效✔️滿足(zu)DN15~DN50,流量範(fan)圍0.006~16m3/h浮子(zi)🤞流量計(ji)的實驗(yan)室和現(xian)場檢定(ding)需求。

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