摘要：一套氟(fu)氣流量測量(liàng)裝置，該裝置(zhì)不僅提高了(le)氟氣☀️流量測(cè)量精度而且(qie)提高了氟氣(qi)利用率。首先(xian)分析了 熱式(shi)質量流量計(ji) 的工作原理(li)，根據工作原(yuan)理和工藝需(xū)求。通過測試(shì)各項指标滿(man)足技術要求(qiu)；然後通過黃(huáng)金分割法，編(bian)寫C語♉言程序(xu)，計🔞算最優流(liú)量系數，并通(tōng)過試驗數據(ju)可知該氣動(dong)調節閥滿足(zú)工藝需求。該(gāi)裝置應用于(yu)提高了氟氣(qi)流量的測量(liàng)精度，而且提(ti)高了産品質(zhì)量，減少了核(hé)材料浪費。
　　氟(fú)氣流量是核(hé)燃料循環中(zhōng)相關産品生(shēng)産的一個重(zhong)✔️要參數，在生(shēng)産工藝流程(chéng)中氟氣流量(liang)的準确測量(liang)，不僅影響産(chǎn)品質量而且(qiě)可避免氟氣(qi)的浪費。本文(wen)根據實際需(xu)要自主設計(jì)了氟氣流量(liang)計，并委托生(shēng)産樣機，在技(ji)術性能指标(biāo)滿足要求後(hòu)應用于實際(ji)生産。
1　流量測(ce)控裝置的結(jié)構
　　氟氣流量(liang)測控裝置由(yóu)氟氣流量計(ji) 、氣動薄膜調(diào)節閥、氟氣罐(guan)、電磁閥和DCS系(xì)統等組成；DCS系(xì)統硬件由ＡBB公(gong)司ＡC800Ｆ控制器［3］、現(xian)場I/O卡件、工程(chéng)師站，軟件由(you)CoNTroL　BUiLDＦ軟件👣和DigVis軟件(jiàn)組成，裝置結(jié)構如圖1所示(shì)。

2　氟(fú)氣流量測量(liang)裝置核心部(bù)件的設計
　　該(gāi)測量裝置核(he)心部件包括(kuo)氟氣流量計(ji)和氣動薄👄膜(mo)調🔅節閥。
2.1　氟氣(qi)流量計
　　目前(qián)，廣泛應用的(de)流量計，大多(duo)數測量的是(shi)體積流量。由(you)于♊溫度、壓力(lì)等環境條件(jian)都會在一定(ding)程度上影響(xiǎng)流體的體積(ji)，當外在的溫(wen)度、壓力等環(huán)境條件改變(biàn)時，需要對體(tǐ)積流量進行(háng)✨換算，但當溫(wen)度、壓力⭐頻繁(fán)變化時，進行(hang)及時換算很(hen)難實現。因✊此(cǐ)選擇質🈲量流(liu)量計。
2.1.1　氟氣流(liú)量計技術指(zhǐ)标
　　根據工藝(yì)需求，推出氟(fú)氣流量計，技(jì)術指标如下(xià)：
1）質量流量的(de)實時測量；
2）溫(wen)度補償功能(neng)，快速進行溫(wēn)度補償；
3）數據(jù)的采集、處理(lǐ)、存儲等功能(neng)；
4）該流量計采(cǎi)用量熱式質(zhì)量流量計工(gōng)作原理，薄壁(bi)測量管采用(yong)蒙乃爾400合金(jin)或者哈氏合(he)金，防止氟氣(qi)将薄壁測♻️量(liàng)管腐蝕，造成(chéng)氟氣洩露，損(sun)壞傳感器，影(ying)響測量精度(dù)；
5）該流量計測(ce)量範圍［0，300］NL/ｈ，精度(du)1.0級，現場顯示(shì)瞬時流量和(hé)累積流㊙️量，傳(chuan)輸信号［4，20］mA，連接(jie)方式焊接；
6）該(gāi)流量計采用(yong)氟氣和氮氣(qì)進行标定，提(ti)供氟氣和氮(dàn)氣的🚶标定數(shu)據曲線，并具(jù)有氟氣和氮(dàn)氣流量測量(liàng)的切換功能(néng)。主要目的，采(cǎi)用氟氣标定(ding)後的流量計(ji)可以準确測(ce)量氟氣✍️流量(liang)的真實值，采(cai)用氮氣标定(dìng)，該流量計可(kě)以用于國内(nei)計🔞量院校準(zhǔn)，解決國内計(ji)量院沒有氟(fú)氣流量校準(zhǔn)裝置等問題(tí)；
7）将該流量計(ji)送至國内省(sheng)級以上的檢(jian)定部門進行(háng)校準，校準介(jie)質氮氣，校準(zhun)結果合格；
流(liu)量計研制：
2.1.2　氟(fú)氣流量計測(cè)試
　　該流量計(jì)硬件電路采(cai)用單片機爲(wèi)核心，外部擴(kuo)展存儲模✉️塊(kuai)，通信模塊和(he)I/O模塊組成運(yun)算及控制電(diàn)路🌐，滿足✂️質量(liang)👉流量的實時(shí)測量以及實(shí)現數據的采(cǎi)集、處理、存🈚儲(chǔ)等功能；由技(jì)術手冊［5］可知(zhi)，該流量計傳(chuan)感❗器中薄壁(bi)測量管采用(yong)蒙乃爾♍400合金(jin)；測量範圍［0，300］NL/ｈ，精(jing)度1.0級，現場顯(xiǎn)示❤️瞬時流量(liàng)和㊙️累積流量(liang)值，傳輸信号(hào)［4，20］mA，連接方式焊(han)接。
（1）用氟氣和(hé)氮氣進行标(biāo)定及标定曲(qǔ)線
　　根據技術(shu)要求，分别采(cai)用氟氣和氮(dàn)氣進行标定(ding)，并可以通過(guò)參數設定修(xiū)改模式，此外(wai)提供标定曲(qǔ)線，标定曲線(xian)如圖3。


　　 曲(qǔ)線分析：氟氣(qì)比熱容CP＝827.67J/（kg?K），氮氣(qì)比熱容CP＝1038J/（kg?K），根據(jù)流量計算公(gōng)式［4］可知，相同(tóng)流量下，比熱(re)容與平均溫(wen)度成正比，比(bi)熱容越大對(dui)應電壓值🎯就(jiù)越大，由氟氣(qi)和氮氣标定(dìng)曲線可知理(li)🔞論分析和廠(chǎng)家提供數據(jù)曲線吻合。
（2）熱(rè)氟氣流量計(ji)校準
　　根據技(jì)術要求，将氟(fu)氣流量計送(song)至省級以上(shàng)計量院進行(hang)校準，量程［0，300］NL/ｈ精(jing)度等級1.0級。校(xiào)準結果如表(biǎo)1。

　　根據氟氣流(liu)量計合格證(zhèng)提供信息得(dé)知，該流量計(ji)💜的📧最大引用(yong)誤差±1.0％，最大相(xiang)對誤差是±2.0％，由(you)校準數據可(ke)知相對誤差(chà)和引用🈲誤差(cha)都在要求範(fàn)圍之内，因此(ci)該流量⭐計是(shi)合格的。
（3）溫度(du)補償測試
　　在(zài)上章節中提(ti)到，新定制樣(yàng)機具有溫度(du)補償功能。根(gen)據氟氣流量(liang)計說明書可(kě)知，該流量計(jì)采用的是數(shù)字化溫度補(bu)償法，該方法(fa)采用恒流法(fǎ)測量電路㊙️，将(jiāng)溫度信号轉(zhuan)換成電流信(xìn)号，通過高精(jīng)度的ＡD轉換👈電(dian)路，将電流信(xin)号轉換成數(shu)字信号送入(ru)單片機，通過(guò)補償算法進(jìn)行補償。該方(fang)法通過算法(fǎ)進行溫度補(bu)償，避免了模(mó)拟電路的固(gù)有問題，提高(gāo)了補償精🌈度(du)。
　　将新定制的(de)流量計安裝(zhuāng)在溫度波動(dòng)引起誤差測(ce)試平台中，按(an)照測試方法(fa)進行測試，取(qǔ)100NL/ｈ作爲觀測點(diǎn)，每個觀測點(diǎn)進行6次重複(fú)性測量，不确(què)定度評定符(fu)合Ａ類評定［6］，結(jie)果如表2。


　　則溫(wen)度波動引入(rù)标準不确定(dìng)度U（Ts）＝0.41NL/ｈ，其自由度(du)24。
　　當置信水平(píng)爲95％時，自由度(du)爲23，查T分布表(biǎo)得包含因子(zi)ｋ＝1.714其擴🧡展标準(zhun)不确定U（T）＝U（Ts）×ｋ＝0.7NL/ｈ。
小結(jié)：該系統最大(da)允許誤差6.0NL/ｈ，則(ze)U（T）＜6.0NL/ｈ×1/3，該測量系統(tǒng)溫度波動引(yin)⛱️入誤差小于(yu)最大允許誤(wu)差，因此溫度(dù)補償降🌈低了(le)溫度波動🔅時(shi)引起測量誤(wu)差。
2.2　氣動薄膜(mó)調節閥
　　在生(sheng)産線中，調節(jie)閥流量系數(shu)選擇不合适(shi)，造成調節閥(fa)震蕩大降低(dī)了控制精度(du)，降低氟氣的(de)利用率😍。
（1）調節(jiē)閥流量系數(shu)的定義及計(jì)算公式
　　調節(jiē)閥的流量系(xì)數，是調節閥(fá)的重要參數(shù)，它反映調節(jie)❤️閥通過流體(tǐ)的能力，也就(jiù)是調節閥的(de)容量［7］。流量系(xì)數分爲，英制(zhì)單位CV和國際(ji)單位KV，CV爲英制(zhì)單位的流量(liang)系數，其換❗算(suan)關系🧡：CV≈1.16KV。
通過查(chá)閱資料［8］，氣體(tǐ)（壓力小于10Mpa）流(liu)量系數的計(ji)算公式如下(xià)：

式中：
KV———流量系(xì)數；
P1———閥入口絕(jué)對壓力Kpa；
P2———閥出(chū)口絕對壓力(li)Kpa；
Qg———氣體最大流(liú)量Nｍ3/ｈ；
G———氣體比重(zhong)（氟氣＝1.31）；
t———氣體溫(wen)度℃。
　　在生産過(guo)程中，氟氣罐(guan)中氟氣壓力(li)範圍［60，350］Kpa，閥後壓(yā)力範🌍圍20Kpa左🏃‍♂️右(you)，選擇公式2。
（2）流(liú)量系數計算(suàn)
　　根據要求，氟(fú)氣最大流量(liang)Qg＝300NL/ｈ，G＝1.31；t＝23℃；氟氣滿罐時(shi)：P表1＝350Kpa，P大氣＝84Kpa，因此(ci)P11＝P表1＋P大氣＝434Kpa；将數(shù)據帶入公式(shì)2得：
KV1＝0.0136
　　氟氣空罐(guan)時：P表1＝60Kpa，P大氣＝84Kpa，因(yin)此P11＝P表1＋P大氣＝144Kpa；将(jiāng)數據帶入公(gong)式得：
KV2＝0.0409
　　則流量(liang)系數KV的取值(zhí)範圍［0.0136，0.0409］，利用黃(huang)金分割法，通(tong)過C語言編寫(xiě)✌️程序求解KV最(zuì)優值，流程如(ru)圖4所示。

　　由C語(yu)言程序得出(chu)ＫV最優值爲0.016　82，将(jiang)該數據帶入(rù)上述公式👣中(zhōng)，當🈲閥✏️前壓力(li)434Kpa時最大流量(liang)Ｑmax1爲372NL/ｈ，當閥前壓(yā)力144Kpa時最大流(liu)量Ｑmax2爲124NL/ｈ，滿足✌️工(gōng)藝要求。
3　結束(shu)語
　　通過推出(chu)氟氣流量計(jì)，解決了氟氣(qì)流量測量誤(wu)差💋大、氟氣利(li)用率低等問(wèn)題，間接提高(gao)産品質量，減(jiǎn)少🐅核材料的(de)浪費。該氟氣(qi)流量測量裝(zhuang)置爲今後流(liu)量計、氣動薄(báo)膜調節閥的(de)流量系數選(xuan)擇🔱提供理論(lùn)依📱據。

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