摘要:針對建設(she)專用裝置檢定(dìng)浮子流量計 ,場(chǎng)地占用大且無(wú)法滿足實流檢(jiǎn)定的問題,一種(zhong)流量範🔱圍爲0.006~16m3/h的(de)可移動浮子流(liú)量計檢定裝置(zhì)。裝置原理爲☔靜(jìng)态質量法,1台150kg的(de)精度電子秤爲(wèi)主标準器。用🌈專(zhuan)用電動換向器(qi),保證換向同步(bù)性。設計基于可(ke)編程邏輯控制(zhi)器(PLC)的控♻️制系統(tong),通☂️過對夾表器(qì)夾緊力🚶‍♀️的實時(shí)監測⭐,大幅度降(jiang)低被測浮子流(liú)量計玻璃管🍉在(zai)安裝過程中損(sun)壞的可能性。采(cai)用液體流量标(biao)準裝置檢定規(guī)程中的方法對(dui)整套裝置進行(háng)實驗及不确定(ding)度評定,得到其(qí)擴展不确定度(du)爲0.25%(k=2)。裝置具有方(fāng)便移動、可拆卸(xiè)、可快速組合的(de)特點,能夠滿足(zú)精度等級1.0級及(jí)以下浮子流⛷️量(liàng)計實驗室或現(xian)場校準的需求(qiu)。
0引言
　　浮子流量(liàng)計是一種使用(yòng)簡單、讀數方便(bian)的瞬時體☀️積🤟流(liu)🌍量㊙️測💔量儀表,适(shi)用于低流速液(ye)體流量特别是(shì)低雷諾數情況(kuàng)下的微小流量(liàng)測量:工況"。因其(qi)結構💞簡單、工作(zuo)可靠、流量穩定(ding)、可測低流速介(jiè)質等優點明,浮(fu)子流量計被廣(guǎng)泛用于電力、石(shi)化、化♉工、冶金、醫(yī)藥.環境保護、污(wū)水處理等領域(yu)。
　　浮子流量計工(gong)作介質自下而(er)上流動,不能水(shui)平安裝。檢定介(jiè)質🌏與刻度介質(zhi)不同時需要進(jìn)行刻度換算和(he)粘度修正💃🏻。國内(nèi)各技術機構和(hé)企業現有水流(liu)💁量标準🔱裝置無(wú)🍉法檢測浮子流(liú)量計,需建立專(zhuān)用檢定裝置,場(chang)地占用大且功(gōng)能單一。另外,實(shi)驗室對浮子流(liu)量計的🏒檢定通(tōng)常在水流量裝(zhuāng)置上進行,無法(fǎ)模拟出實際💰介(jiè)❤️質條件。雖然實(shí)驗室檢定可給(gěi)出儀🈲表在.标準(zhun)條件下的計量(liang)性能,但會因實(shí)際使用條㊙️件、介(jie)質的物性參數(shu)甚至介質本身(shen)的⭕變化而帶來(lái)附加誤差。因此(cǐ),研究可😘移動檢(jiǎn)定裝置,實現被(bèi)😘檢流量計工況(kuang)條件下的現場(chǎng)計量,對浮子流(liu)量計的檢測具(ju)有重要意義。
　　本(ben)文建立了一套(tao)可移動、可與各(gè)種液體流量裝(zhuāng)置🧑🏽‍🤝‍🧑🏻高效🍉組💁合的(de)浮子流量計檢(jiǎn)定裝置,能夠快(kuai)速将水♊平流🧑🏽‍🤝‍🧑🏻場(chǎng)轉換爲🚶‍♀️适于浮(fu)子❓流量計檢定(dìng)的垂直流場,很(hen)好的滿足了多(duō)參數👅、多規格、各(gè)種液體工作介(jie)質浮子流量計(ji)的現場和實驗(yàn)室檢測需求。
1浮(fú)子流量計檢定(ding)裝置測量原理(lǐ)
　　流量标準裝置(zhi)是流量儀表進(jìn)行檢測完成量(liàng)值傳遞的重要(yao)設備,是保證流(liu)量儀表質量的(de)關鍵環節。依據(ju)測量:方法♊可将(jiang)👉流量标準裝置(zhi)分爲靜态質量(liàng)法、靜态容積法(fǎ)、動态質量法和(he)動态容積法。本(ben)文設計的浮子(zǐ)流量計檢定裝(zhuāng)置爲靜态質量(liàng)标準裝置☔,流量(liang)源恒壓,流量穩(wen)定,測量精度高(gāo)。靜态質量法流(liu)💚量标準裝置測(cè)🎯量原理是将一(yī)定時間内通過(guò)流量計的介質(zhi),經由換向器全(quán)部導人置♉于稱(cheng)量标準器♉上的(de)容器中,然後測(cè)量容器中介質(zhi)的質量從而得(de)到流過流量計(ji)的介質☀️質量,再(zài)通過測量時間(jiān)得到質量流量(liàng)。數學模💁型爲
 
式(shi)中:Q一累積質量(liàng)流量,kg/s;
qm一-瞬時質(zhì)量流量,kg/s;
m一測:量(liang)時間内稱量容(róng)器内的液體質(zhì)量示值,kg,
t,t1,t2一測量(liàng)時間,s。
2浮子流量(liàng)計檢定裝置方(fāng)案設計
2.1裝置設(she)計指标
　　浮子流(liú)量計被廣泛應(ying)用于小管徑、低(di)流速測流領♉域(yù)。以液🌏體爲例,口(kǒu)徑10mm以下玻璃管(guǎn)浮子流量計滿(man)度流量的名☁️義(yi)管徑,流速隻在(zai)0.2~0.6m/s之間,甚至低于(yu)0.1m/s8。常用浮子流量(liang)計口徑爲DN15~DN50,對應(ying)的流量範圍和(hé)精度等級分别(bie)見表1和表2。
 
　　根據(ju)常用流量計口(kǒu)徑、精度等級和(he)流量測量範圍(wei)💜進行裝置設計(ji),具體設計指标(biāo)見表3。裝置設計(jì)采用測量精度(du)較高的靜态質(zhì)㊙️量法,流量範圍(wei)0.006~16m2/h,滿足常用口徑(jìng)DN15~DN50液體浮子流量(liàng)計檢定需求。浮(fú)子流量計檢定(dìng)裝置的擴展不(bu)确定度應優于(yú)🌂被檢流量計最(zuì)大允許誤差的(de)1/2凹最高精度等(děng)級浮子流量計(jì)爲1.0級(表2),因此組(zǔ)合裝置的擴展(zhǎn)不确定度應優(you)于0.5%。爲保證測量(liang)正确率,浮子流(liu)量計安裝傾斜(xie)角度應<2°。爲了方(fang)便裝置🍉的移動(dòng)、拆卸和高效組(zu)裝,整套裝置高(gāo)度應不超過2m。
 
2.2裝(zhuāng)置結構設計
　　浮(fú)子流量計檢定(ding)裝置結構設計(jì)如圖1,其主體爲(wèi)2個長方體框架(jia),由浮子流量計(ji)裝夾表系統和(hé)稱量系統(含水(shui)流換向系統🐉)組(zǔ)成。浮子流量計(jì)裝夾表系統🔱中(zhōng)部爲工作台面(mian),台面🙇‍♀️一側安裝(zhuāng)有水平尺,框架(jià)底🌈部安裝有4個(ge)腳輪和4條可伸(shēn)縮🌍支腳便于裝(zhuang)置的移動和調(diào)節固🚶‍♀️定。進水管(guǎn)路上依次安裝(zhuang)有快速接頭🐪、開(kāi)關閥、調節閥🥰和(hé)排水閥。裝置上(shang)端設置手動夾(jia)表🚩器,實現被檢(jiǎn)浮子👈流量計🛀的(de)安裝與拆卸。稱(cheng)重系統包括換(huan)向器、稱量容器(qi)和電子秤。稱重(zhong)👅系統下部爲工(gōng)作台面,同樣安(an)裝水平尺、腳輪(lún)和可伸縮支腳(jiǎo),實現被檢浮子(zǐ)流量計與稱重(zhòng)系統的連通🔞。
　　裝(zhuang)置設置2個檢定(dìng)台位,DN25以下包括(kuo)DN15、DN20和DN25爲一~條管線(xian),另一個🔅爲DN32、DN40和DN50浮(fú)子流量計檢定(ding)台位。采用變換(huan)管段的方式,在(zai)有🚩限的2個工作(zuò)台位上覆蓋了(le)DN15~DN50所有管徑浮💜子(zi)流量🔆計的檢定(dìng)能力。一個台位(wei)工作的同時可(kě)在另一個台位(wei)安裝被檢表,可(kě)有效提高檢👉定(dìng)效率。
　　機械設計(jì)上,采用電動數(shù)控換向器和夾(jia)表器超限報警(jing)✊,提高檢測過程(chéng)的自動化和智(zhì)能化程度。首先(xian),電動換向器控(kòng)制精度高,且在(zài)現場不具備壓(yā)縮空氣的情㊙️況(kuàng)下仍可使用⁉️。其(qi)次,在夾裝過程(cheng)中,浮子流量計(jì)尤其🌈是無導向(xiang)✊結構流量計的(de)玻璃管極易被(bèi)氣動夾表器夾(jiá)碎,采用帶🌈有夾(jia)緊力超🏃限報警(jing)功能的手動夾(jiá)表器可以有效(xiao)解決✏️這個問題(tí)。再次,浮子流量(liang)計的正确檢測(cè)需要垂直穩定(dìng)流場,對進、出口(kou)管道同軸度和(hé)工作台面的垂(chuí)直度要💰求比較(jiào)嚴格。通過水平(píng)泡調節工作📧台(tai)面的📱水平度,可(ke)保證被檢流量(liang)計的傾斜度小(xiao)于2°。
 
2..3裝置控制系(xi)統設計
　　裝置控(kong)制部分主要包(bāo)括夾緊力控制(zhi)系統、換向器控(kòng)🔴制☀️系統和稱重(zhong)控制系統(圖2),獲(huo)取電子稱讀數(shù)、控制夾♊表器、控(kong)制換向器動作(zuo)、控制底閥開關(guan)、脈沖計數等由(you)計算機完成。在(zài)夾緊力控制系(xi)統的設計,上,考(kǎo)慮到被檢浮子(zǐ)流量計容易損(sǔn)壞,在每個夾表(biao)器.上安裝夾緊(jin)力傳感器(夾🈲緊(jǐn)力測試儀1和夾(jiá)緊力測試儀2)。當(dang)夾緊力☀️過大時(shi),由計算♍機進行(háng)夾緊力超限報(bào)警,提示操作人(ren)員停止夾緊動(dòng)作;換向器控制(zhi)系統中,換向器(qi)是液體流量裝(zhuāng)置的重要組成(chéng)部分,其不确定(ding)度大小對裝置(zhi)整體合成不确(que)定度有較大⁉️影(ying)響1011)影響換向器(qi)精度的主要因(yin)素是實際注水(shuǐ)時間和觸發光(guang)🌈電信号所産生(sheng)時間之間的誤(wu)差凹本裝置采(cai)用步進電機驅(qu)動分水器換向(xiàng),由PLC發送脈沖控(kong)制電機轉速、加(jia)速度和轉動角(jiǎo)🌂度。通過PLC的高速(sù)脈沖輸出通道(dào),向🌍換向🐅器的步(bù)進電機🆚驅動器(qì)按照勻🈲加速-定(ding)速勻減速的方(fang)式發送脈沖,換(huan)向器電機帶着(zhe)換向器導💃🏻流體(tǐ)進行加速-勻速(sù)-減速的運行。控(kong)制換向器運動(dong),保證裝置不确(que)定度水平;稱重(zhong)控制系統中,裝(zhuang)置主标準器精(jīng)度高電子秤通(tong)過485通信🏃‍♂️模式,将(jiang)傳感器🌂讀數傳(chuán)輸至PLC控制☂️器,實(shí)現實時數據采(cǎi)集。
 
2.4裝置連接系(xì)統設計
　　浮子流(liu)量計檢定裝置(zhi)和液體流量裝(zhuang)置連接後的♍系(xì)統🙇🏻示♈意✏️圖如圖(tú)3,組合裝置由儲(chu)水系統、水源循(xún)環穩壓系統、變(biàn)頻調速系統、裝(zhuāng)夾表系統、水流(liu)換向系統、計算(suàn)❗機控制♋系統、标(biāo)準器和儀表檢(jiǎn)❄️定管線系統組(zu)成。在水流量裝(zhuāng)置管段前後安(ān)裝三通閥和預(yù)留旁路,通過控(kòng)制三通閥實現(xian)水流在試驗管(guan)路和旁🔱路之間(jian)的切換,三通閥(fa)的一端分别通(tōng)過軟管與可移(yi)動浮子流量計(ji)檢定裝置的人(ren)、出口相連,形成(chéng)浮子流量計檢(jiǎn)定回路✉️。浮子流(liu)量計檢定裝🈚置(zhi)和液體流量裝(zhuang)置連接成高效(xiào)組合裝置,将水(shuǐ)平流場轉換🐕成(cheng)适合浮子流量(liàng)計檢定的垂直(zhí)流場。
 
3浮子流量(liang)計檢定裝置的(de)不确定度分析(xī)
　　依據JJG164-2000液體流量(liàng)标準裝置檢定(dìng)規程對浮子流(liu)量計檢定裝置(zhì)進行不确定度(dù)評定叫。不确定(ding)度分量主要包(bāo)括計時器、電子(zi)秤和換向器。利(li)用北京計量院(yuàn)水流量标準裝(zhuāng)置作爲動力源(yuan),對研發的浮子(zi)流量計檢定裝(zhuāng)置進行不🌈确定(dìng)度評定。換向器(qì)在水流量😄标準(zhun)裝置各組成部(bu)分中極爲關鍵(jiàn),在整個裝置不(bú)确定度中占🤞有(you)相當比重,是整(zheng)個裝置不确定(ding)度的主要來源(yuan),本文采用行程(chéng)✨差法對換向器(qi)換人/換出重複(fú)性誤差進行測(ce)💜量。浮子流量計(ji)檢定裝置各不(bú)确定度分量評(píng)定結果見表4和(hé)表5。
 
　　依據JJG164-2000,浮子流(liú)量計檢定裝置(zhi)的合成不确定(ding)度u=0.1095%,裝置的擴展(zhan)💚不确定度
U=k·u=2.23x0.1095%=0.2441%~0.25%(k-=2.23)。
　　1.0級爲(wèi)浮子流量計的(de)最高精度等級(ji),浮子流量計檢(jian)♈定🔞裝置的擴展(zhǎn)不确定度應優(you)于被檢流量計(ji)最大♌允許誤差(chà)的1/2日⛱️。組合裝置(zhi)擴展不确定度(dù)0.25%,滿足最高👣等級(jí)浮♌子流量檢定(ding)要求。
4解決的問(wèn)題
　　本文解決的(de)問題包括:
1)采用(yòng)電動數控換向(xiàng)器技術,解決移(yi)動裝置在現場(chǎng)應用時,由于不(bu)具備壓縮空氣(qi),帶來的換向稱(chēng).重系統無法使(shi)用的問題。
2)采用(yong)帶有夾緊力超(chāo)限報警功能的(de)手動夾表器,解(jie)📐決玻璃管浮子(zǐ)流量計夾裝過(guò)程中,容易被夾(jia)表器損壞的問(wèn)題
3)解決了多種(zhǒng)工作介質浮子(zi)流量計的檢測(cè)問.題本裝置可(ke)與各種裝置包(bāo)括水流量、油流(liú)量、高黏液體🈚流(liu)量等連通,實現(xian)各種浮子流量(liàng)計包括玻璃浮(fú)子流量計、金屬(shu)浮🤩子流量計和(hé)塑料浮子流量(liàng)計等.的在線檢(jian)測,無需刻度換(huàn)算和粘度修正(zhèng)。
4)提高了檢測效(xiào)率。裝置設計2個(ge)被檢表台位,每(mei)個台🥵位都有各(gè)🔞自的開關閥和(hé)流量調節閥。相(xiàng).互獨立、互不影(ying)響,在檢測一台(tái)✏️流量計的同時(shi)可以更換另一(yī)台位的被檢表(biao)。
5結束語
　　一種可(kě)移動拆卸方便(biàn)、可快速組合的(de)浮子流量計💃🏻檢(jiǎn)定裝置,爲保證(zheng)測量精度采用(yòng)電動換向器減(jiǎn)少換人/換出🛀行(hang)程差和重複性(xìng)誤差,爲避免浮(fu)子流量計被夾(jia)碎設計了夾緊(jǐn)力報警功能。實(shi)驗結果表明,組(zu)合裝置的不确(què)定度(U=0.25%,k=2.23)可有效滿(man)足DN15~DN50,流量範圍0.006~16m3/h浮(fu)子♋流量計的實(shi)⚽驗室和現場♌檢(jian)定需求。

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