摘要(yao)：一套氟(fu)氣流量(liang)測量裝(zhuang)置，該裝(zhuang)置不僅(jin)提高了(le)氟氣流(liu)量測量(liang)精度而(er)且提高(gao)了氟氣(qi)利用率(lü)。首先分(fen)析了 熱(re)式質量(liang)流量計(ji) 的工作(zuo)原理，根(gen)據工作(zuo)原理和(he)工藝需(xu)求。通過(guo)測試各(ge)項指标(biao)滿足技(ji)術要求(qiu)；然後通(tong)過黃金(jin)分割法(fa)，編寫C語(yu)言程🐅序(xu)，計☔算最(zui)優流量(liang)系數，并(bing)通過試(shi)驗數據(ju)可知該(gai)氣動調(diao)節閥滿(man)足工藝(yi)需求。該(gai)⚽裝置應(ying)用于提(ti)高了氟(fu)氣流量(liang)的🙇‍♀️測量(liang)精度，而(er)且提高(gao)☎️了産品(pin)質量，減(jian)少了核(he)材料浪(lang)費。
　　氟氣(qi)流量是(shi)核燃料(liao)循環中(zhong)相關産(chan)品生産(chan)的一個(ge)重要參(can)數，在生(sheng)産工藝(yi)流程中(zhong)氟氣流(liu)量的準(zhun)确測量(liang)，不僅影(ying)響産品(pin)質量而(er)且可避(bi)免氟氣(qi)的浪費(fei)。本文根(gen)據實際(ji)需要自(zi)主設計(ji)了氟氣(qi)流量計(ji)，并委托(tuo)🍉生産樣(yang)機🏃，在技(ji)術性🌐能(neng)指标滿(man)足要求(qiu)後應用(yong)于實際(ji)生産。
1　流(liu)量測控(kong)裝置的(de)結構
　　氟(fu)氣流量(liang)測控裝(zhuang)置由氟(fu)氣流量(liang)計 、氣動(dong)薄膜調(diao)節閥、氟(fu)氣罐、電(dian)磁閥和(he)DCS系統等(deng)組成；DCS系(xi)統硬✍️件(jian)由ＡBB公司(si)ＡC800Ｆ控制器(qi)［3］、現場I/O卡(ka)件、工程(cheng)師站，軟(ruan)件由CoNTroL　BUiLDＦ軟(ruan)件和DigVis軟(ruan)件組💛成(cheng)，裝置結(jie)構如圖(tu)1所示。

2　氟氣(qi)流量測(ce)量裝置(zhi)核心部(bu)件的設(she)計
　　該測(ce)量裝置(zhi)核心部(bu)件包括(kuo)氟氣流(liu)量計和(he)氣動薄(bao)✍️膜調節(jie)閥🧑🏽‍🤝‍🧑🏻。
2.1　氟氣(qi)流量計(ji)
　　目前，廣(guang)泛應用(yong)的流量(liang)計，大多(duo)數測量(liang)的是體(ti)積流✌️量(liang)。由于溫(wen)度、壓力(li)等環境(jing)條件都(dou)會在一(yi)定程度(du)上☀️影響(xiang)流體的(de)體積，當(dang)外在的(de)溫度、壓(ya)力等環(huan)境條件(jian)改變時(shi)，需要對(dui)體積流(liu)量進行(hang)✨換算，但(dan)當溫度(du)、壓力頻(pin)繁變化(hua)時，進行(hang)及時換(huan)算很難(nan)實現。因(yin)此選擇(ze)質📞量流(liu)量計。
2.1.1　氟(fu)氣流量(liang)計技術(shu)指标
　　根(gen)據工藝(yi)需求，推(tui)出氟氣(qi)流量計(ji)，技術指(zhi)标如下(xia)：
1）質量流(liu)量的實(shi)時測量(liang)；
2）溫度補(bu)償功能(neng)，快速進(jin)行溫度(du)補償；
3）數(shu)據的采(cai)集、處理(li)、存儲等(deng)功能；
4）該(gai)流量計(ji)采用量(liang)熱式質(zhi)量流量(liang)計工作(zuo)原理，薄(bao)壁測🛀量(liang)管采用(yong)蒙乃爾(er)400合金或(huo)者哈氏(shi)合金，防(fang)止氟氣(qi)将薄壁(bi)測量管(guan)🔞腐蝕，造(zao)成氟氣(qi)洩露，損(sun)壞傳感(gan)器，影響(xiang)測量精(jing)度；
5）該流(liu)量計測(ce)量範圍(wei)［0，300］NL/ｈ，精度1.0級(ji)，現場顯(xian)示瞬時(shi)流量和(he)累積流(liu)量，傳💜輸(shu)信号［4，20］mA，連(lian)接方式(shi)焊接；
6）該(gai)流量計(ji)采用氟(fu)氣和氮(dan)氣進行(hang)标定，提(ti)供氟氣(qi)和🌈氮氣(qi)的标定(ding)數據曲(qu)線，并具(ju)有氟氣(qi)和氮氣(qi)流量測(ce)量的⭕切(qie)換功能(neng)。主要目(mu)的👄，采用(yong)氟氣标(biao)定後的(de)流量計(ji)可以🚩準(zhun)确測量(liang)氟氣流(liu)量的真(zhen)實值，采(cai)用氮氣(qi)标❓定，該(gai)流量☁️計(ji)可以用(yong)🚩于國内(nei)計🏃‍♀️量院(yuan)校準，解(jie)決國内(nei)🐅計量院(yuan)沒有氟(fu)氣流量(liang)校📞準裝(zhuang)置等問(wen)題；
7）将該(gai)流量計(ji)送至國(guo)内省級(ji)以上的(de)檢定部(bu)門進行(hang)校準，校(xiao)準介質(zhi)氮氣，校(xiao)準結果(guo)合格；
流(liu)量計研(yan)制：
2.1.2　氟氣(qi)流量計(ji)測試
　　該(gai)流量計(ji)硬件電(dian)路采用(yong)單片機(ji)爲核心(xin)，外部擴(kuo)展存儲(chu)模塊，通(tong)信模塊(kuai)和I/O模塊(kuai)組成運(yun)算及控(kong)制電路(lu)，滿足質(zhi)量🚶‍♀️流量(liang)的實時(shi)測量以(yi)及實現(xian)數據的(de)采集、處(chu)理、存儲(chu)等功能(neng)；由技術(shu)手冊［5］可(ke)知，該流(liu)量計傳(chuan)感器中(zhong)薄壁㊙️測(ce)量管采(cai)用蒙乃(nai)爾400合金(jin)；測量範(fan)圍［0，300］NL/ｈ，精度(du)1.0級，現場(chang)顯示瞬(shun)時流量(liang)和累積(ji)流量值(zhi)，傳輸信(xin)号［4，20］mA，連✌️接(jie)方式焊(han)接。
（1）用氟(fu)氣和氮(dan)氣進行(hang)标定及(ji)标定曲(qu)線
　　根據(ju)技術要(yao)求，分别(bie)采用氟(fu)氣和氮(dan)氣進行(hang)标定，并(bing)🈲可以通(tong)過參數(shu)設定修(xiu)改模式(shi)，此外提(ti)供标定(ding)曲線，标(biao)定曲線(xian)如圖3。


　　 曲線分(fen)析：氟氣(qi)比熱容(rong)CP＝827.67J/（kg?K），氮氣比(bi)熱容CP＝1038J/（kg?K），根(gen)據流量(liang)計算公(gong)式［4］可知(zhi)，相同流(liu)量下，比(bi)熱容與(yu)平均溫(wen)度成正(zheng)比，比熱(re)容越大(da)對應電(dian)壓值就(jiu)越大，由(you)氟氣和(he)氮氣标(biao)定曲線(xian)可知理(li)論分析(xi)和廠家(jia)提供數(shu)據曲線(xian)吻合。
（2）熱(re)氟氣流(liu)量計校(xiao)準
　　根據(ju)技術要(yao)求，将氟(fu)氣流量(liang)計送至(zhi)省級以(yi)上計量(liang)院進♻️行(hang)校📧準，量(liang)程［0，300］NL/ｈ精度(du)等級1.0級(ji)。校準結(jie)果如表(biao)1。

　　根據氟(fu)氣流量(liang)計合格(ge)證提供(gong)信息得(de)知，該流(liu)量計的(de)🌐最大引(yin)🔴用誤差(cha)±1.0％，最大相(xiang)對誤差(cha)是±2.0％，由校(xiao)準數據(ju)可知相(xiang)對誤⛱️差(cha)和🏃‍♀️引用(yong)誤差都(dou)在要求(qiu)範圍之(zhi)内，因此(ci)該流量(liang)計是合(he)格的。
（3）溫(wen)度補償(chang)測試
　　在(zai)上章節(jie)中提到(dao)，新定制(zhi)樣機具(ju)有溫度(du)補償功(gong)能。根據(ju)😘氟氣流(liu)量計說(shuo)明書可(ke)知，該流(liu)量計采(cai)用的是(shi)數字💯化(hua)溫度補(bu)償法⛹🏻‍♀️，該(gai)方🐪法采(cai)用恒流(liu)法測量(liang)電路❌，将(jiang)溫度信(xin)号轉換(huan)成電流(liu)信号，通(tong)過高精(jing)度的ＡD轉(zhuan)換電路(lu)，将電流(liu)信号轉(zhuan)換成數(shu)字信号(hao)送入單(dan)片機，通(tong)過補償(chang)算法進(jin)行補償(chang)。該方法(fa)通過算(suan)法進行(hang)溫度補(bu)償，避免(mian)了⁉️模拟(ni)電路的(de)固有問(wen)題，提高(gao)了補償(chang)精度。
　　将(jiang)新定制(zhi)的流量(liang)計安裝(zhuang)在溫度(du)波動引(yin)起誤差(cha)測試⚽平(ping)台中，按(an)照測試(shi)方法進(jin)行測試(shi)，取100NL/ｈ作爲(wei)觀測點(dian)✏️，每個觀(guan)測點進(jin)行6次重(zhong)複性測(ce)量，不确(que)定度評(ping)定符✊合(he)Ａ類評定(ding)［6］，結果如(ru)表2。


　　則溫(wen)度波動(dong)引入标(biao)準不确(que)定度U（Ts）＝0.41NL/ｈ，其(qi)自由度(du)24。
　　當置信(xin)水平爲(wei)95％時，自由(you)度爲23，查(cha)T分布表(biao)得包含(han)因子💃ｋ＝1.714其(qi)🚶擴展标(biao)🛀準不确(que)定U（T）＝U（Ts）×ｋ＝0.7NL/ｈ。
小結(jie)：該系統(tong)最大允(yun)許誤差(cha)6.0NL/ｈ，則U（T）＜6.0NL/ｈ×1/3，該測(ce)量系統(tong)溫度波(bo)動引入(ru)誤差小(xiao)于最大(da)允許誤(wu)差，因此(ci)溫度補(bu)償降低(di)了溫度(du)波動時(shi)引✌️起測(ce)量誤差(cha)。
2.2　氣動薄(bao)膜調節(jie)閥
　　在生(sheng)産線中(zhong)，調節閥(fa)流量系(xi)數選擇(ze)不合适(shi)，造成調(diao)💚節閥震(zhen)蕩大降(jiang)低了控(kong)制精度(du)，降低氟(fu)氣的利(li)用率。
（1）調(diao)節閥流(liu)量系數(shu)的定義(yi)及計算(suan)公式
　　調(diao)節閥的(de)流量系(xi)數，是調(diao)節閥的(de)重要參(can)數，它反(fan)映調節(jie)🐉閥通過(guo)流體的(de)能力，也(ye)就是調(diao)節閥的(de)容量［7］。流(liu)🌈量系數(shu)分爲，英(ying)制單🔞位(wei)CV和👌國際(ji)單位KV，CV爲(wei)英制單(dan)位的流(liu)量系數(shu)，其換算(suan)關系🧡：CV≈1.16KV。
通(tong)過查閱(yue)資料［8］，氣(qi)體（壓力(li)小于10Mpa）流(liu)量系數(shu)的計算(suan)公式如(ru)下🍉：

式中(zhong)：
KV———流量系(xi)數；
P1———閥入(ru)口絕對(dui)壓力Kpa；
P2———閥(fa)出口絕(jue)對壓力(li)Kpa；
Qg———氣體最(zui)大流量(liang)Nｍ3/ｈ；
G———氣體比(bi)重（氟氣(qi)＝1.31）；
t———氣體溫(wen)度℃。
　　在生(sheng)産過程(cheng)中，氟氣(qi)罐中氟(fu)氣壓力(li)範圍［60，350］Kpa，閥(fa)後壓力(li)範圍20Kpa左(zuo)右，選擇(ze)公式2。
（2）流(liu)量系數(shu)計算
　　根(gen)據要求(qiu)，氟氣最(zui)大流量(liang)Qg＝300NL/ｈ，G＝1.31；t＝23℃；氟氣滿(man)罐時：P表(biao)1＝350Kpa，P大氣＝84Kpa，因(yin)此P11＝P表1＋P大(da)氣＝434Kpa；将數(shu)據帶入(ru)公式2得(de)：
KV1＝0.0136
　　氟氣空(kong)罐時：P表(biao)1＝60Kpa，P大氣＝84Kpa，因(yin)此P11＝P表1＋P大(da)氣＝144Kpa；将數(shu)據帶入(ru)公式得(de)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻：
KV2＝0.0409
　　則流量(liang)系數KV的(de)取值範(fan)圍［0.0136，0.0409］，利用(yong)黃金分(fen)割法，通(tong)過C語言(yan)編☎️寫程(cheng)🛀序求解(jie)KV最優值(zhi)，流程如(ru)圖4所示(shi)。

　　由C語言(yan)程序得(de)出ＫV最優(you)值爲0.016　82，将(jiang)該數據(ju)帶入上(shang)述公式(shi)中，當🔅閥(fa)前壓力(li)434Kpa時最大(da)流量Ｑmax1爲(wei)372NL/ｈ，當閥前(qian)壓力144Kpa時(shi)最✌️大流(liu)量Ｑmax2爲124NL/ｈ，滿(man)足工藝(yi)要求🛀。
3　結(jie)束語
　　通(tong)過推出(chu)氟氣流(liu)量計，解(jie)決了氟(fu)氣流量(liang)測量誤(wu)差大、氟(fu)氣利用(yong)率低等(deng)問題，間(jian)接提高(gao)産品質(zhi)量，減少(shao)核材料(liao)的浪費(fei)。該氟氣(qi)流🔴量測(ce)量裝置(zhi)爲今後(hou)流量計(ji)、氣動薄(bao)膜調節(jie)閥的流(liu)量系🏃🏻數(shu)選擇提(ti)供理論(lun)依👨‍❤️‍👨據。

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