摘要：一套(tao)氟氣流量測量裝(zhuāng)置，該裝置不僅提(tí)高了氟氣流量測(ce)量精度而且提高(gāo)了氟氣利用率。首(shǒu)先分析了 熱式質(zhi)量流量計 的工作(zuò)原理，根據工作原(yuan)理和工藝需求。通(tōng)過測試各項指标(biāo)滿足技術要求；然(rán)後通過黃金分割(ge)法，編寫C語言程序(xu)，計算最優流量系(xi)數，并通過試驗數(shù)據可知該氣動調(diao)節閥滿足工藝需(xu)求。該裝置應用于(yú)提高了氟氣流量(liang)的測量精度，而且(qie)提高了産品質量(liàng)，減少了核材料浪(lang)費。
　　氟氣流量是核(he)燃料循環中相關(guan)産品生産的一個(ge)重要參數🌍，在生産(chan)工藝流程中氟氣(qì)流量的準确測量(liàng)，不✍️僅影響産品質(zhì)量而且可避免氟(fú)氣的浪費。本文根(gēn)據實際需要自主(zhu)設計了👉氟氣流👈量(liàng)計，并委托生産樣(yang)機，在技術性能指(zhi)标滿足要求後🌈應(ying)用于實❗際生産。
1　流(liu)量測控裝置的結(jié)構
　　氟氣流量測控(kòng)裝置由氟氣流量(liang)計 、氣動薄膜調節(jiē)閥、氟氣罐、電磁閥(fá)和DCS系統等組成；DCS系(xi)㊙️統硬件由ＡBB公司ＡC800Ｆ控(kong)制器［3］、現場I/O卡件、工(gong)程師站，軟件由CoNTroL　BUiLDＦ軟(ruǎn)件🚶‍♀️和DigVis軟🈲件組成，裝(zhuāng)置結構如圖1所示(shi)。

2　氟氣流量測量裝(zhuang)置核心部件的設(she)計
　　該測量裝置核(he)心部件包括氟氣(qì)流量計和氣動薄(bao)‼️膜調⁉️節閥。
2.1　氟氣流(liu)量計
　　目前，廣泛應(ying)用的流量計，大多(duo)數測量的是體積(ji)流量。由于溫度、壓(yā)力等環境條件都(dou)會在一定程度上(shang)影響流體的體積(ji)，當外在的溫度、壓(yā)力等環境條件改(gai)變時，需要對體積(jī)流量進行換算，但(dan)當溫度、壓力頻繁(fan)變化👌時，進行及時(shi)換算很難實現。因(yīn)此選擇質💞量流量(liang)計。
2.1.1　氟氣流量計技(ji)術指标
　　根據工藝(yi)需求，推出氟氣流(liú)量計，技術指标如(rú)下：
1）質量流量的實(shi)時測量；
2）溫度補償(cháng)功能，快速進行溫(wēn)度補償；
3）數據的采(cǎi)集、處理、存儲等功(gong)能；
4）該流量計采用(yòng)量熱式質量流量(liàng)計工作原理，薄壁(bi)測量管采用蒙乃(nǎi)爾400合金或者哈氏(shì)合金，防止氟氣将(jiāng)薄壁測量管🐕腐蝕(shi)，造成氟氣洩露，損(sǔn)壞傳感器，影響測(ce)量精度；
5）該流量計(ji)測量範圍［0，300］NL/ｈ，精度1.0級(jí)，現場顯示瞬時流(liú)量和累積流🏒量，傳(chuán)🛀🏻輸信号［4，20］mA，連接方式(shi)焊接；
6）該流量計采(cai)用氟氣和氮氣進(jìn)行标定，提供氟氣(qi)和氮氣📱的标定數(shù)據曲線，并具有氟(fu)氣和氮氣流量測(cè)㊙️量的切換功能。主(zhǔ)要目的，采用氟氣(qi)标定後的流量計(ji)可以⛷️準确測量氟(fu)氣流量的真實值(zhí)⛹🏻‍♀️，采用氮氣标定，該(gai)流量計可以用于(yú)國内計量院校準(zhǔn)，解決國内計量院(yuan)沒有氟氣流量校(xiao)準裝置等問題；
7）将(jiāng)該流量計送至國(guó)内省級以上的檢(jian)定部門進行校準(zhun)，校👉準介✉️質氮氣，校(xiao)準結果合格；
流量(liàng)計研制：
2.1.2　氟氣流量(liàng)計測試
　　該流量計(ji)硬件電路采用單(dān)片機爲核心，外部(bù)擴展🔞存儲模塊🤞，通(tōng)信模塊和I/O模塊組(zu)成運算及控制電(diàn)路，滿足質量流量(liang)的實時測量以及(ji)實現數據的采集(ji)、處理、存🈲儲等功能(néng)；由技術手冊［5］可知(zhi)，該流量計傳感器(qì)中薄壁測量管采(cai)用蒙乃爾🧑🏽‍🤝‍🧑🏻400合金；測(cè)量範圍［0，300］NL/ｈ，精度1.0級，現(xiàn)場顯示瞬時流量(liàng)和累積流量值，傳(chuán)輸信号［4，20］mA，連♍接方式(shi)焊接。
（1）用氟氣和氮(dan)氣進行标定及标(biāo)定曲線
　　根據技術(shù)要求，分别采用氟(fu)氣和氮氣進行标(biao)定，并可🌂以通過參(can)數設定修改模式(shì)，此外提供标定曲(qǔ)線⭐，标定曲線如圖(tú)3。


　　 曲線分析：氟氣(qì)比熱容CP＝827.67J/（kg?K），氮氣比熱(re)容CP＝1038J/（kg?K），根據流量計算(suan)公式［4］可知，相同流(liu)量下，比熱容與平(píng)均溫度成正比，比(bǐ)熱容越大對應電(dian)壓值就越大，由氟(fú)氣和氮氣标👉定曲(qǔ)線可知理論分析(xi)和廠家提供數據(jù)曲線吻合。
（2）熱氟氣(qi)流量計校準
　　根據(jù)技術要求，将氟氣(qì)流量計送至省級(jí)以上計量院進🔞行(hang)校準，量程［0，300］NL/ｈ精度等(děng)級1.0級。校準結果如(ru)表1。

　　根據氟氣流量(liang)計合格證提供信(xin)息得知，該流量計(jì)的最大🆚引用誤差(chà)±1.0％，最大相對誤差是(shi)±2.0％，由校準數據可知(zhī)相對誤差和引用(yong)誤差都在要求範(fàn)圍之内，因此該流(liú)量計是合格的。
（3）溫(wen)度補償測試
　　在上(shang)章節中提到，新定(dìng)制樣機具有溫度(dù)補償功能💃🏻。根👣據氟(fú)氣流量計說明書(shu)可知，該流量計采(cai)用的是數字✔️化溫(wēn)度補償法，該方♉法(fa)采用恒流法測量(liang)電路🏃，将溫度💯信号(hào)轉換成電流信号(hào)，通過高精度的ＡD轉(zhuan)換電路，将電流信(xìn)号轉換成數字信(xin)号送入單片機，通(tong)💃🏻過補償算法進行(hang)補償。該方法通過(guo)算法進行溫度🌏補(bǔ)償，避免了模拟電(diàn)路的固有問題，提(tí)高了補償精度。
　　将(jiāng)新定制的流量計(jì)安裝在溫度波動(dong)引起誤差測試☁️平(ping)台🍉中，按照測試方(fāng)法進行測試，取100NL/ｈ作(zuò)爲觀測點，每個觀(guan)測☂️點進⛹🏻‍♀️行6次重複(fú)性測量，不确定度(dù)評定符合Ａ類評定(dìng)［6］，結果⚽如表2。


　　則溫度(du)波動引入标準不(bú)确定度U（Ts）＝0.41NL/ｈ，其自由度(du)24。
　　當置信水平爲95％時(shi)，自由度爲23，查T分布(bù)表得包含因子ｋ＝1.714其(qí)擴✌️展🐪标準不确定(dìng)U（T）＝U（Ts）×ｋ＝0.7NL/ｈ。
小結：該系統最大(da)允許誤差6.0NL/ｈ，則U（T）＜6.0NL/ｈ×1/3，該測(ce)量系統溫度波動(dong)❓引入🌈誤差小于最(zuì)大允許誤差，因此(cǐ)溫度補償降低了(le)溫度波動時引起(qi)測量誤差。
2.2　氣動薄(bao)膜調節閥
　　在生産(chǎn)線中，調節閥流量(liàng)系數選擇不合适(shi)，造成調節❌閥震蕩(dang)大降低了控制精(jīng)度，降低氟氣的利(li)用率。
（1）調節閥流量(liàng)系數的定義及計(ji)算公式
　　調節閥的(de)流量系數，是調節(jiē)閥的重要參數，它(tā)反映調節閥通🏃‍♀️過(guò)流體的能力，也就(jiu)是調節閥的容量(liàng)［7］。流量系數分爲，英(ying)制單位CV和國際單(dān)位KV，CV爲英制單位的(de)流量系數，其換算(suan)關系：CV≈1.16KV。
通過查閱資(zi)料［8］，氣體（壓力小于(yú)10Mpa）流量系數的計算(suàn)公式如下：

式中：
KV———流(liú)量系數；
P1———閥入口絕(jue)對壓力Kpa；
P2———閥出口絕(jué)對壓力Kpa；
Qg———氣體最大(dà)流量Nｍ3/ｈ；
G———氣體比重（氟(fú)氣＝1.31）；
t———氣體溫度℃。
　　在生(shēng)産過程中，氟氣罐(guàn)中氟氣壓力範圍(wei)［60，350］Kpa，閥後壓力範圍20Kpa左(zuo)右，選擇公式2。
（2）流量(liàng)系數計算
　　根據要(yào)求，氟氣最大流量(liang)Qg＝300NL/ｈ，G＝1.31；t＝23℃；氟氣滿罐時：P表1＝350Kpa，P大(da)氣＝84Kpa，因此P11＝P表⁉️1＋P大😍氣＝434Kpa；将(jiāng)數據帶入公式2得(de)：
KV1＝0.0136
　　氟氣空罐時：P表1＝60Kpa，P大(dà)氣＝84Kpa，因此P11＝P表1＋P大氣＝144Kpa；将(jiāng)數據帶入公式得(dé)：
KV2＝0.0409
　　則流量系數KV的取(qǔ)值範圍［0.0136，0.0409］，利用黃金(jīn)分割法，通過C語言(yan)編❓寫程序求解KV最(zuì)優值，流程如圖4所(suo)示。

　　由C語言程序得(dé)出ＫV最優值爲0.016　82，将該(gāi)數據帶入上述公(gong)💯式中，當閥前壓力(lì)434Kpa時最大流量Ｑmax1爲372NL/ｈ，當(dang)閥前壓力144Kpa時最大(dà)流量Ｑmax2爲124NL/ｈ，滿足工藝(yì)要求。
3　結束語
　　通過(guo)推出氟氣流量計(ji)，解決了氟氣流量(liang)測量誤差大、氟氣(qi)利用率低等問題(tí)，間接提高産品質(zhì)量，減少核材💜料的(de)浪費。該氟氣流量(liàng)測量裝置爲今後(hòu)流量計、氣動薄膜(mo)調節閥的流量系(xì)數選擇提供理論(lùn)依據。

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