摘要(yao):針對建設(she)專用裝置(zhi)檢定浮子(zi)流量計 ,場(chang)地占用大(da)且無法滿(man)足實流檢(jian)定的問題(ti),一種流量(liang)👌範圍爲👄0.006~16m3/h的(de)可移動浮(fu)子流量計(ji)檢定裝置(zhi)。裝置原💯理(li)爲靜态質(zhi)量法,1台150kg的(de)精度電子(zi)秤爲主标(biao)準器。用專(zhuan)用電動換(huan)向器,保證(zheng)換向同步(bu)性。設計基(ji)于可編程(cheng)邏輯控制(zhi)器(PLC)的控制(zhi)系統,通過(guo)對夾表器(qi)夾緊力👅的(de)實時監測(ce),大幅度降(jiang)低⛱️被測浮(fu)子流量計(ji)玻璃管在(zai)安裝過程(cheng)🐅中損壞的(de)可能性💘。采(cai)用液體流(liu)量标準裝(zhuang)置檢定規(gui)程中的方(fang)法對整套(tao)裝置進行(hang)實驗及不(bu)确定度評(ping)定,得到其(qi)擴展不确(que)定度爲0.25%(k=2)。裝(zhuang)置具有方(fang)便移動、可(ke)拆卸、可快(kuai)速組合的(de)特點,能夠(gou)滿足精度(du)等級1.0級及(ji)以下浮子(zi)流量計實(shi)驗室或❗現(xian)場校準的(de)需求。
0引言(yan)
　　浮子流量(liang)計是一種(zhong)使用簡單(dan)、讀數方便(bian)的瞬時體(ti)積流量測(ce)😘量儀表,适(shi)用于低流(liu)速液體流(liu)量特别是(shi)低雷諾數(shu)情況下的(de)微小流量(liang)測量:工況(kuang)"。因其結構(gou)簡單、工作(zuo)可靠、流量(liang)穩定、可測(ce)低流速介(jie)質等優點(dian)明,浮子流(liu)量計被廣(guang)泛用于電(dian)力、石化、化(hua)工、冶金、醫(yi)藥.環境保(bao)護、污水處(chu)理等🔆領域(yu)。
　　浮子流量(liang)計工作介(jie)質自下而(er)上流動,不(bu)能水平安(an)裝。檢定介(jie)質與刻度(du)介質不同(tong)時需要進(jin)行刻度換(huan)算和粘度(du)👌修正。國内(nei)各技術機(ji)構和企業(ye)現有水流(liu)量标準裝(zhuang)置無法檢(jian)測浮子流(liu)😄量計,需建(jian)立專用檢(jian)定裝置,場(chang)地占用大(da)且功能單(dan)一。另外,實(shi)驗室對浮(fu)子流量計(ji)的檢定通(tong)常在水流(liu)量裝置上(shang)進行,無法(fa)💋模拟出實(shi)際介質條(tiao)件。雖然實(shi)驗室檢定(ding)可給出儀(yi)🐕表在.标準(zhun)條件下的(de)計量性能(neng),但會因實(shi)際使用條(tiao)件😄、介質的(de)物性參數(shu)甚至介質(zhi)本身的變(bian)化而帶來(lai)附加誤差(cha)。因此,研究(jiu)可移動檢(jian)定裝置,實(shi)現被檢流(liu)量計工況(kuang)條件下的(de)現場計量(liang),對浮子流(liu)量計的檢(jian)測具有重(zhong)要意義。
　　本(ben)文建立了(le)一套可移(yi)動、可與各(ge)種液體流(liu)量裝置✌️高(gao)效組合的(de)浮子流量(liang)計檢定裝(zhuang)置,能夠快(kuai)速将水平(ping)流場轉♊換(huan)爲☀️适于浮(fu)子流量計(ji)檢定的垂(chui)直流場,很(hen)好的滿足(zu)了多參數(shu)💘、多規格、各(ge)種液體工(gong)作介質浮(fu)子流量☁️計(ji)的現場和(he)實驗室檢(jian)測需求。
1浮(fu)子流量計(ji)檢定裝置(zhi)測量原理(li)
　　流量标準(zhun)裝置是流(liu)量儀表進(jin)行檢測完(wan)成量值傳(chuan)遞的重要(yao)設🛀備,是保(bao)證流量儀(yi)表質量的(de)關鍵環節(jie)。依據測量(liang):方法可将(jiang)流量🙇🏻标準(zhun)裝置分爲(wei)靜态質量(liang)法、靜态容(rong)積法、動态(tai)質量法和(he)動态容積(ji)法。本文設(she)計的浮子(zi)🚶‍♀️流量計檢(jian)定裝置爲(wei)靜态質量(liang)标準裝置(zhi),流量源恒(heng)壓,流量穩(wen)定,測量精(jing)度高。靜态(tai)質量法流(liu)🔴量标準裝(zhuang)置測量原(yuan)理是将一(yi)定時間内(nei)通過流量(liang)計的介質(zhi),經由換向(xiang)器全🏒部導(dao)人置于稱(cheng)量标準器(qi)上的容器(qi)中,然後測(ce)🌈量容器中(zhong)介質的質(zhi)🌍量從而得(de)到流過流(liu)量計的介(jie)質✉️質量,再(zai)通過測量(liang)時間得到(dao)✨質量流量(liang)。數學模型(xing)爲
 
式中:Q一(yi)累積質量(liang)流量,kg/s;
qm一-瞬(shun)時質量流(liu)量,kg/s;
m一測:量(liang)時間内稱(cheng)量容器内(nei)的液體質(zhi)量示值,kg,
t,t1,t2一(yi)測量時間(jian),s。
2浮子流量(liang)計檢定裝(zhuang)置方案設(she)計
2.1裝置設(she)計指标
　　浮(fu)子流量計(ji)被廣泛應(ying)用于小管(guan)徑、低流速(su)測流領域(yu)。以液💞體爲(wei)例,口徑10mm以(yi)下玻璃管(guan)浮子流量(liang)計滿度流(liu)量的名義(yi)管徑,流🔞速(su)隻在0.2~0.6m/s之間(jian),甚至低于(yu)0.1m/s8。常用浮子(zi)流量計口(kou)徑爲DN15~DN50,對應(ying)的流量範(fan)圍和精度(du)等級分别(bie)見表1和表(biao)2。
 
　　根據常用(yong)流量計口(kou)徑、精度等(deng)級和流量(liang)測量範圍(wei)進⁉️行裝置(zhi)設計,具體(ti)設計指标(biao)見表3。裝置(zhi)設計采用(yong)測量精度(du)較高的靜(jing)态質🏃‍♀️量法(fa),流量範圍(wei)0.006~16m2/h,滿足常用(yong)口徑DN15~DN50液體(ti)浮子流量(liang)計檢定需(xu)✔️求。浮子💃🏻流(liu)量計檢定(ding)裝置的擴(kuo)🙇🏻展不确定(ding)度應優于(yu)被檢流量(liang)計最大允(yun)㊙️許誤差的(de)1/2凹最高精(jing)度等級浮(fu)子流量計(ji)爲1.0級(表2),因(yin)此組合裝(zhuang)置的擴展(zhan)不确定度(du)應優于0.5%。爲(wei)保證測量(liang)正确率,浮(fu)子流量計(ji)安裝傾斜(xie)角度應<2°。爲(wei)了方便裝(zhuang)置的移動(dong)、拆卸和高(gao)效組裝,整(zheng)套裝置高(gao)度應不超(chao)過2m。
 
2.2裝置結(jie)構設計
　　浮(fu)子流量計(ji)檢定裝置(zhi)結構設計(ji)如圖1,其主(zhu)體爲2個👌長(zhang)方體框架(jia)☔,由浮子流(liu)量計裝夾(jia)表系統和(he)稱量系🌈統(tong)(含水流換(huan)向系統)組(zu)成。浮子流(liu)量計裝夾(jia)表系統中(zhong)部爲工作(zuo)台面,台面(mian)一側安裝(zhuang)有水平尺(chi),框架底部(bu)安裝有4個(ge)腳輪和4條(tiao)可伸縮支(zhi)腳便于裝(zhuang)置的移動(dong)和調節固(gu)定。進水管(guan)路上依次(ci)安裝有快(kuai)速接頭👌、開(kai)關閥、調節(jie)閥和排水(shui)閥。裝置上(shang)端設置手(shou)動夾表⭐器(qi),實現被檢(jian)浮子流量(liang)計的安裝(zhuang)與拆卸。稱(cheng)重系統包(bao)括換向器(qi)、稱量容器(qi)和電子秤(cheng)。稱重系統(tong)下部爲工(gong)作台面,同(tong)樣安裝水(shui)平尺、腳輪(lun)和可伸縮(suo)支🐆腳,實現(xian)被檢浮子(zi)流量計與(yu)稱重系統(tong)的連通💁。
　　裝(zhuang)置設置2個(ge)檢定台位(wei),DN25以下包括(kuo)DN15、DN20和DN25爲一~條(tiao)管線,另一(yi)個爲DN32、DN40和📱DN50浮(fu)子流量計(ji)檢定台位(wei)。采用變換(huan)管段的方(fang)式,在有限(xian)的2個工作(zuo)台位上覆(fu)蓋了DN15~DN50所有(you)管徑浮子(zi)流量計的(de)檢定能力(li)🈲。一個台位(wei)工作的同(tong)時可在另(ling)一個台位(wei)安裝被檢(jian)表,可有🌏效(xiao)提高檢定(ding)效率。
　　機械(xie)設計上,采(cai)用電動數(shu)控換向器(qi)和夾表器(qi)超限報警(jing),提高檢☂️測(ce)過程的自(zi)動化和智(zhi)能化程度(du)。首先,電動(dong)換向📧器控(kong)制精度高(gao)🌍,且在現場(chang)不具備壓(ya)縮空氣的(de)情況下仍(reng)可使用。其(qi)次,在夾裝(zhuang)過☔程中,浮(fu)子流量計(ji)尤其是無(wu)導向結構(gou)流量計的(de)玻璃管極(ji)易被氣動(dong)夾表器夾(jia)碎,采用帶(dai)有夾緊力(li)超☁️限報警(jing)功能的手(shou)動夾表🧑🏽‍🤝‍🧑🏻器(qi)可以有效(xiao)解決🤞這個(ge)問題。再次(ci),浮子流量(liang)計的正确(que)檢測需要(yao)垂直穩定(ding)流場,對進(jin)、出口☁️管🐉道(dao)同軸度和(he)工作♉台面(mian)的垂直度(du)要求比較(jiao)嚴格。通過(guo)水平泡調(diao)節工作台(tai)面的水平(ping)度,可保證(zheng)被檢💛流量(liang)計的傾斜(xie)度小于2°。
 
2..3裝(zhuang)置控制系(xi)統設計
　　裝(zhuang)置控制部(bu)分主要包(bao)括夾緊力(li)控制系統(tong)、換向器控(kong)制系統和(he)稱重控制(zhi)系統(圖2),獲(huo)取電子稱(cheng)讀數、控制(zhi)夾表器、控(kong)制換向器(qi)動作、控制(zhi)底閥開關(guan)、脈沖計數(shu)等由計算(suan)機完成。在(zai)夾緊力控(kong)制系統的(de)設計,上,考(kao)慮到被檢(jian)浮子流量(liang)計容易損(sun)壞,在每㊙️個(ge)夾表器.上(shang)安裝夾緊(jin)💯力傳感器(qi)(夾🈲緊力測(ce)試儀1和夾(jia)緊力測🔆試(shi)儀2)。當夾緊(jin)力過大時(shi),由計算機(ji)進行夾緊(jin)力超限報(bao)警,提示操(cao)作人員停(ting)止夾緊動(dong)作;換向器(qi)控制系統(tong)中,換向器(qi)是液體💃流(liu)量裝置的(de)重要組成(cheng)部分,其不(bu)确定度大(da)小對裝置(zhi)整體合成(cheng)不确定度(du)有較大🧡影(ying)響1011)影響換(huan)向器精度(du)的主要因(yin)素是實際(ji)注水時間(jian)和觸發光(guang)電信号所(suo)産💔生時間(jian)之間的誤(wu)差凹本裝(zhuang)置采用步(bu)進電機驅(qu)動分水器(qi)換向,由PLC發(fa)送脈沖🈲控(kong)制電機🌈轉(zhuan)速、加速度(du)和轉動角(jiao)⚽度。通過PLC的(de)高速脈沖(chong)輸出通道(dao),向換向器(qi)的步進電(dian)機驅動器(qi)按照勻🐇加(jia)速-定速勻(yun)減速的方(fang)式發送脈(mo)沖,換向器(qi)電機帶📧着(zhe)換向器導(dao)流體進行(hang)加速-勻速(su)-減速的運(yun)行。控制換(huan)向器運動(dong),保證裝置(zhi)不🛀确定🤟度(du)水平;稱重(zhong)🤞控制系❓統(tong)中,裝置主(zhu)标準器精(jing)度高電子(zi)秤通過485通(tong)信模式,将(jiang)傳感器讀(du)數傳輸至(zhi)PLC控制🌈器,實(shi)現實時數(shu)據采👣集。
 
2.4裝(zhuang)置連接系(xi)統設計
　　浮(fu)子流量計(ji)檢定裝置(zhi)和液體流(liu)量裝置連(lian)接後的系(xi)統🧑🏾‍🤝‍🧑🏼示意圖(tu)如圖3,組合(he)裝置由儲(chu)水系統、水(shui)源循環穩(wen)壓系統、變(bian)頻調速系(xi)統、裝夾表(biao)系統、水流(liu)換向系⛷️統(tong)、計算機控(kong)制系統、标(biao)準器和儀(yi)表檢🈲定管(guan)線系統組(zu)成。在水流(liu)量裝置管(guan)段前後安(an)裝三通閥(fa)和預留旁(pang)路,通過控(kong)制三通閥(fa)實現水流(liu)在試驗管(guan)路和旁🐇路(lu)之間的切(qie)換,三通閥(fa)的一端分(fen)别通過軟(ruan)管與可移(yi)動浮子🌈流(liu)量計檢定(ding)裝置的人(ren)、出口相連(lian),形成浮♉子(zi)流量計檢(jian)定回路。浮(fu)子流量計(ji)檢定裝置(zhi)和液體流(liu)量裝置連(lian)接成高效(xiao)組合裝置(zhi),将水平流(liu)場轉換成(cheng)适合浮子(zi)流量計檢(jian)定🥰的垂直(zhi)流場。
 
3浮子(zi)流量計檢(jian)定裝置的(de)不确定度(du)分析
　　依據(ju)JJG164-2000液體流量(liang)标準裝置(zhi)檢定規程(cheng)對浮子流(liu)量計檢🔴定(ding)裝置進行(hang)不确定度(du)評定叫。不(bu)确定度分(fen)量主要包(bao)括計時器(qi)、電子💋秤和(he)換向器。利(li)用北京計(ji)量院水流(liu)量🏃‍♀️标準裝(zhuang)置作爲動(dong)力源,對研(yan)發的浮子(zi)流量計檢(jian)定裝置進(jin)行不确定(ding)度評♍定。換(huan)向器在水(shui)流量㊙️标準(zhun)裝置各組(zu)成部分中(zhong)⭕極爲關鍵(jian),在整個裝(zhuang)置不确定(ding)度中占有(you)相當比重(zhong),是整🌈個裝(zhuang)置不确定(ding)🔴度的主要(yao)來源,本文(wen)采用行程(cheng)差法對換(huan)向器換人(ren)/換出重🤟複(fu)性誤差進(jin)行測量。浮(fu)子流量計(ji)檢定裝置(zhi)各不确定(ding)度分量評(ping)定結果見(jian)表4和表5。
 
　　依(yi)據JJG164-2000,浮子流(liu)量計檢定(ding)裝置的合(he)成不确定(ding)度u=0.1095%,裝置的(de)擴🐉展不确(que)定度
U=k·u=2.23x0.1095%=0.2441%~0.25%(k-=2.23)。
　　1.0級爲(wei)浮子流量(liang)計的最高(gao)精度等級(ji),浮子流量(liang)計檢定🔱裝(zhuang)置的擴展(zhan)不确定度(du)應優于被(bei)檢流量計(ji)最大允許(xu)誤差🏃🏻‍♂️的1/2日(ri)。組合裝置(zhi)擴展不确(que)定度0.25%,滿足(zu)最高等級(ji)浮🤩子流量(liang)檢定要🔱求(qiu)。
4解決的問(wen)題
　　本文解(jie)決的問題(ti)包括:
1)采用(yong)電動數控(kong)換向器技(ji)術,解決移(yi)動裝置在(zai)現場應用(yong)時💰,由于不(bu)具備壓縮(suo)空氣,帶來(lai)的換向稱(cheng).重系統無(wu)法使用的(de)問題。
2)采用(yong)帶有夾緊(jin)力超限報(bao)警功能的(de)手動夾表(biao)器,解決玻(bo)♊璃管浮子(zi)流量計夾(jia)裝過程中(zhong),容易被夾(jia)表器損壞(huai)的問🈚題
3)解(jie)決了多種(zhong)工作介質(zhi)浮子流量(liang)計的檢測(ce)問.題本裝(zhuang)置可💁與各(ge)種裝置包(bao)括水流量(liang)、油流量、高(gao)黏液體流(liu)量等連🔴通(tong),實🔆現各種(zhong)浮子流量(liang)計包括玻(bo)璃浮子流(liu)量計、金屬(shu)浮子流量(liang)計和塑料(liao)浮子流量(liang)計等.的在(zai)線檢測,無(wu)需刻度換(huan)算和粘度(du)修正。
4)提高(gao)了檢測效(xiao)率。裝置設(she)計2個被檢(jian)表台位,每(mei)個台💁位🔱都(dou)有各自的(de)開關閥和(he)流量調節(jie)閥。相.互獨(du)立、互不影(ying)響,在檢測(ce)一台流量(liang)計的同時(shi)可以更換(huan)另一台位(wei)的🚩被檢表(biao)。
5結束語
　　一(yi)種可移動(dong)拆卸方便(bian)、可快速組(zu)合的浮子(zi)流量計檢(jian)定裝置🚶‍♀️,爲(wei)保證測量(liang)精度采用(yong)電動換向(xiang)器減少換(huan)人/換出行(hang)程差和重(zhong)複性誤差(cha),爲避免浮(fu)子流量計(ji)被夾碎設(she)計💃了夾緊(jin)力報警功(gong)能。實驗結(jie)果表明,組(zu)合裝置的(de)不确定度(du)(U=0.25%,k=2.23)可有效滿(man)足DN15~DN50,流量🈲範(fan)圍0.006~16m3/h浮子♈流(liu)量計的實(shi)驗室和現(xian)場🔴檢定需(xu)求。

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