摘要:針對(dui)建設專用(yong)裝置檢定(ding)浮子流量(liang)計 ,場地占(zhàn)用大且無(wu)法滿足實(shi)流檢定的(de)問題,一種(zhong)流🔴量範🏃圍(wéi)爲0.006~16m3/h的可移(yí)動浮子流(liú)量計檢定(dìng)裝置。裝置(zhì)原理爲靜(jing)态質量法(fǎ),1台150kg的精度(du)電子秤爲(wei)主标準器(qi)。用專用電(dian)✌️動換向👌器(qì),保證換向(xiang)同步性。設(she)計基于可(ke)編✍️程邏輯(ji)控制器(PLC)的(de)控制系統(tǒng),通過對夾(jiá)表器夾緊(jǐn)力的實時(shí)監測🌐,大幅(fu)度降低被(bèi)測浮子流(liú)量計玻璃(li)管在安裝(zhuang)過程中損(sǔn)壞的可能(neng)性。采用液(yè)體流量标(biao)準裝置檢(jian)定❓規程中(zhong)的方法對(duì)整套裝置(zhì)進行實驗(yan)及不确定(dìng)度評定,得(dé)到其擴展(zhan)不确定度(dù)爲0.25%(k=2)。裝置具(ju)有🔆方便移(yí)動❤️、可拆卸(xie)、可快速組(zǔ)合🈲的特點(diǎn),能夠滿🌏足(zu)精度等級(jí)1.0級及以下(xia)💋浮子流量(liang)計實驗室(shi)或現場校(xiao)準的需求(qiú)。
0引言
　　浮子(zǐ)流量計是(shi)一種使用(yong)簡單、讀數(shù)方便的瞬(shùn)時體積流(liú)量測量儀(yi)表,适用于(yú)低流速液(yè)體流量特(te)别是☎️低雷(lei)諾數㊙️情況(kuang)下的微小(xiao)流量測量(liàng):工況"。因其(qí)結構簡單(dan)、工作可靠(kào)、流量穩定(ding)、可測💛低流(liú)速介質等(deng)優點明,浮(fu)子流量計(jì)被廣泛用(yòng)于電力、石(shi)化、化工、冶(yě)金、醫藥.環(huan)境保護🛀🏻、污(wu)水處理等(deng)領域。
　　浮子(zi)流量計工(gong)作介質自(zì)下而上流(liú)動,不能水(shuǐ)平安裝。檢(jiǎn)定介質與(yu)刻度介質(zhi)不同時需(xū)要進行刻(ke)度換算和(hé)💞粘度修正(zheng)。國内各技(ji)術機構和(hé)企業現有(yǒu)水流量标(biāo)準裝置無(wu)🍓法檢測浮(fú)子流量計(jì),需✏️建立專(zhuan)用檢定裝(zhuang)置,場地占(zhan)用大且功(gōng)能單一。另(lìng)外,實驗室(shì)對浮子流(liu)量計的檢(jian)定通常在(zài)水流量裝(zhuāng)置上進行(háng),無法模拟(nǐ)出實際介(jie)質條件。雖(sui)然實驗室(shì)檢定可給(gěi)出儀表在(zài).标準條件(jian)下的計量(liàng)性能,但會(huì)因實際使(shǐ)用條件👨‍❤️‍👨、介(jiè)質的物性(xing)參數甚至(zhi)介質本身(shēn)的變化而(ér)帶來附加(jiā)誤差。因此(ci),研究可移(yi)動檢㊙️定裝(zhuang)置,實現被(bèi)檢流量計(jì)工況條件(jiàn)下♈的現場(chang)🈚計量,對浮(fu)子流量計(ji)的檢測具(ju)有重要㊙️意(yi)義。
　　本文建(jiàn)立了一套(tào)可移動、可(kě)與各種液(ye)體流量裝(zhuāng)置高效組(zǔ)合的浮子(zǐ)流量計檢(jiǎn)定裝置,能(néng)夠快速将(jiang)水平流💛場(chǎng)轉換爲适(shi)于浮子流(liu)量計檢定(dìng)的垂直流(liu)場,很好的(de)滿足了多(duo)參數🎯、多規(gui)格、各種液(ye)體工作介(jiè)質浮子流(liu)量計的現(xian)場🤩和實驗(yàn)室檢測需(xu)求。
1浮子流(liu)量計檢定(dìng)裝置測量(liàng)原理
　　流量(liàng)标準裝置(zhì)是流量儀(yi)表進行檢(jian)測完成量(liang)值傳遞的(de)✂️重💰要設🥵備(bei),是保證流(liu)量儀表質(zhì)量的關鍵(jian)環節。依據(ju)⛷️測量:方法(fa)可将🔴流量(liang)🤩标準裝置(zhi)分爲靜态(tài)質量法、靜(jìng)态容積法(fǎ)、動态質量(liàng)法和動态(tài)容積法。本(běn)文設計的(de)浮子流量(liang)計檢定裝(zhuāng)置爲靜态(tài)質量标準(zhun)裝置✂️,流量(liàng)源恒壓,流(liu)量穩定,測(cè)量精度高(gao)。靜态質量(liàng)法流㊙️量标(biao)準裝置🚩測(cè)量原理是(shì)将一定時(shi)間内通過(guo)流量👄計的(de)介質,經由(yóu)換♍向器全(quan)♌部導人置(zhì)于稱量标(biāo)準器上💃的(de)容器中,然(rán)後測量容(róng)器中介質(zhi)的質量從(cong)而得到流(liú)過流量計(jì)的介質質(zhi)量,再通過(guò)測量時間(jiān)得到質量(liang)流量。數學(xue)模型爲
 
式(shi)中:Q一累積(ji)質量流量(liang),kg/s;
qm一-瞬時質(zhi)量流量,kg/s;
m一(yi)測:量時間(jian)内稱量容(róng)器内的液(ye)體質量示(shì)值,kg,
t,t1,t2一測量(liàng)時間,s。
2浮子(zi)流量計檢(jian)定裝置方(fāng)案設計
2.1裝(zhuāng)置設計指(zhi)标
　　浮子流(liú)量計被廣(guǎng)泛應用于(yu)小管徑、低(di)流速測流(liú)領域。以🚩液(ye)體爲例,口(kou)徑10mm以下玻(bō)璃管浮子(zǐ)流量計滿(mǎn)度💋流量的(de)名義管徑(jing),流速隻在(zai)0.2~0.6m/s之間,甚至(zhì)低于0.1m/s8。常用(yòng)浮子流量(liàng)計口徑爲(wèi)DN15~DN50,對應🔴的流(liu)量範圍和(he)精度等級(ji)分别見表(biǎo)1和表2。
 
　　根據(ju)常用流量(liàng)計口徑、精(jīng)度等級和(he)流量測量(liang)範圍進行(hang)裝置設計(ji),具體設計(jì)指标見表(biao)3。裝置設計(jì)采用測量(liàng)精度較高(gāo)的靜态質(zhì)量法,流量(liàng)範圍0.006~16m2/h,滿足(zú)常用😍口徑(jing)DN15~DN50液體浮子(zi)流量計檢(jiǎn)定需求。浮(fú)子流量計(jì)檢定裝置(zhi)的擴展不(bu)确定度應(yīng)優于被檢(jian)流量計最(zui)大允許誤(wù)差的1/2凹🔴最(zui)高精度等(děng)級浮子流(liú)量計爲1.0級(ji)(表2),因此組(zǔ)合裝置的(de)擴展不确(que)定度應優(you)于0.5%。爲保證(zhèng)測量正确(que)率,浮子流(liu)量計安裝(zhuang)傾斜角度(dù)💯應<2°。爲了方(fang)便裝置的(de)移動、拆卸(xiè)和高效組(zu)裝,整套裝(zhuang)置高度應(ying)不超過2m。
 
2.2裝(zhuang)置結構設(she)計
　　浮子流(liu)量計檢定(ding)裝置結構(gou)設計如圖(tu)1,其主體爲(wèi)2個長方體(tǐ)框🌈架,由浮(fú)子流量計(jì)裝夾表系(xi)統和稱量(liàng)系統(含水(shui)流換向系(xi)統)組成。浮(fu)子流量計(ji)裝夾表系(xì)統中部爲(wei)工作台面(miàn),台面♋一側(cè)安裝有水(shuǐ)平尺,框架(jia)底部安裝(zhuāng)有4個腳輪(lún)和4條可伸(shēn)縮👈支腳便(bian)于裝置的(de)移⭐動和調(diào)節固🔞定。進(jìn)水管路上(shàng)依次安裝(zhuang)有快速接(jiē)頭、開關閥(fá)、調節閥和(he)排水閥。裝(zhuang)置上端設(she)置手動夾(jia)表器,實現(xian)被檢浮子(zi)💃🏻流量計的(de)安裝與拆(chāi)卸。稱重系(xi)統包括換(huàn)向器、稱量(liang)容⁉️器和電(dian)子秤。稱重(zhòng)系‼️統下部(bù)爲🧑🏽‍🤝‍🧑🏻工作台(tai)面,同樣安(ān)裝水平尺(chǐ)、腳輪和可(ke)伸縮支腳(jiǎo),實現被檢(jiǎn)浮子流量(liang)計與稱重(zhòng)系統的連(lian)通。
　　裝置設(shè)置2個檢定(dìng)台位,DN25以下(xia)包括DN15、DN20和DN25爲(wei)一~條管線(xian),另一個爲(wèi)DN32、DN40和DN50浮子流(liú)量計檢定(ding)台位。采用(yòng)變換管段(duan)的方式,在(zai)有限的✔️2個(ge)工作台⭕位(wei)上覆蓋了(le)DN15~DN50所有管徑(jìng)浮子流量(liàng)🍓計的檢定(ding)能力。一個(gè)台位工作(zuo)的同時可(ke)在另一個(ge)台位安裝(zhuang)被♊檢表,可(kě)有效提高(gāo)檢定效率(lü)。
　　機械設計(jì)上,采用電(dian)動數控換(huan)向器和夾(jiá)表器超限(xiàn)報警,提高(gao)檢測過程(chéng)的自動化(huà)和智能化(huà)程度。首先(xiān),電動換向(xiàng)器控制精(jing)🐆度高😍,且在(zai)現場不具(ju)備壓縮空(kōng)氣的情🛀況(kuàng)下仍可使(shǐ)用。其次,在(zài)夾裝過程(cheng)中,浮子流(liu)量計尤其(qí)是無導向(xiang)結構流量(liàng)🌂計的玻璃(li)管極易被(bèi)🌂氣動夾表(biǎo)器夾碎,采(cai)用帶有夾(jiá)緊力超限(xiàn)報警功能(néng)的手動夾(jiá)表器可以(yi)有效解決(jué)這個問題(tí)。再次,浮子(zi)流量計的(de)📧正确檢測(ce)需要垂直(zhí)穩定🙇‍♀️流場(chang),對進、出口(kǒu)管道同軸(zhou)度和工作(zuò)台面的垂(chuí)直度要求(qiú)🧡比較嚴格(ge)。通過水平(ping)泡調節工(gong)作♋台面的(de)水平度,可(kě)保證被檢(jiǎn)流量計的(de)傾斜度🧑🏾‍🤝‍🧑🏼小(xiao)于2°。
 
2..3裝置控(kòng)制系統設(shè)計
　　裝置控(kòng)制部分主(zhu)要包括夾(jia)緊力控制(zhì)系統、換向(xiang)器控制🔅系(xì)統📱和稱重(zhong)控制系統(tǒng)(圖2),獲取電(diàn)子稱讀數(shù)、控制夾表(biao)器、控制換(huàn)向器動作(zuo)、控制底閥(fa)開關、脈沖(chòng)計數等由(you)計算機完(wán)成。在夾緊(jǐn)力控制系(xi)⭐統的設計(jì),上📐,考慮到(dào)被👣檢浮子(zǐ)流量計容(róng)易損壞,在(zai)每個夾表(biǎo)器.上安裝(zhuāng)夾緊力傳(chuán)感器(夾👅緊(jǐn)力測試儀(yí)1和夾緊力(lì)測🌂試儀2)。當(dang)夾緊力過(guò)大時,由計(ji)算⚽機進行(hang)夾緊力🏃‍♂️超(chao)限🔞報警,提(tí)示☎️操作人(ren)員停止🛀夾(jiá)緊動作;換(huàn)向器控制(zhi)系統中,換(huàn)向器是液(yè)體流量裝(zhuāng)置的重要(yao)組成部分(fen),其不确定(ding)度大小對(dui)裝置整體(ti)合成不确(què)定度有較(jiao)大影響1011)影(yǐng)響換向器(qì)精度的主(zhǔ)要因素是(shì)實🐕際注水(shui)時間和觸(chu)發光電信(xìn)号所産生(sheng)時間之間(jiān)的誤差凹(ao)本👌裝置采(cǎi)用步進電(diàn)機驅動分(fen)水🔴器換向(xiàng),由PLC發送脈(mò)沖控制電(dian)機👅轉速、加(jia)速度和轉(zhuǎn)動角度。通(tong)過PLC的高速(su)脈沖輸出(chū)通道,向換(huan)向⛷️器的步(bu)進電機驅(qū)動器按照(zhào)勻加速-定(dìng)速勻減速(sù)的方式發(fā)送脈沖,換(huàn)向器電機(jī)帶着換向(xiàng)器導流體(ti)進行加速(sù)-勻速-減速(su)的運行。控(kòng)制換向器(qi)運動,保證(zheng)裝置不确(què)定🌈度水平(ping);稱重控制(zhì)系💋統中,裝(zhuāng)置主标準(zhǔn)器精度高(gao)電子秤🌍通(tōng)過485通信模(mo)式💛,将傳感(gan)器讀數傳(chuan)輸至PLC控制(zhì)器,實現實(shi)時數據采(cai)集。
 
2.4裝置連(lián)接系統設(she)計
　　浮子流(liu)量計檢定(dìng)裝置和液(ye)體流量裝(zhuang)置連接後(hòu)的系統示(shi)意圖👅如圖(tú)3,組合裝置(zhi)由儲水系(xi)統、水源循(xun)環穩壓系(xi)統、變頻調(diào)速系統、裝(zhuang)夾表系統(tǒng)、水流換向(xiàng)系統、計算(suan)機控制系(xì)統、标準器(qi)和儀表檢(jian)💯定管線系(xi)統組成。在(zai)水流量裝(zhuang)置😄管段前(qian)後安裝三(san)通🙇‍♀️閥和預(yu)留旁路,通(tong)過控制三(sān)通閥實現(xiàn)水流在試(shi)驗管路和(he)旁🔴路之間(jiān)的切換,三(san)通閥的一(yi)端分别通(tong)過軟管與(yǔ)可移動浮(fú)子流量計(jì)檢定裝置(zhì)的人、出口(kou)相連,形成(chéng)浮子流量(liang)計檢定回(hui)路。浮子流(liu)量計檢定(ding)☀️裝置和液(yè)體流量裝(zhuang)置連接成(chéng)高效🙇🏻組合(he)裝置,将水(shuǐ)平流場‼️轉(zhuan)換㊙️成适合(he)浮子流量(liang)計檢定的(de)垂直流場(chang)。
 
3浮子流量(liàng)計檢定裝(zhuang)置的不确(què)定度分析(xi)
　　依據JJG164-2000液體(tǐ)流量标準(zhǔn)裝置檢定(dìng)規程對浮(fu)子流量計(ji)檢定裝置(zhi)進行不确(què)定度評定(ding)叫。不确定(ding)度分量主(zhu)💰要包❗括計(jì)時器♈、電子(zǐ)🔞秤和換向(xiàng)器。利用北(běi)京計量院(yuàn)水流量标(biao)準裝置作(zuo)爲動力源(yuan),對研發✏️的(de)浮子流量(liang)計檢定裝(zhuāng)置進行不(bu)确定度評(ping)定。換向器(qì)在水流量(liàng)标準裝置(zhi)各組成部(bu)分中極爲(wei)關鍵,在整(zhěng)個裝置不(bú)确定度中(zhōng)占有相當(dāng)比重,是整(zhěng)✉️個裝置不(bu)确定度的(de)主要來源(yuán),本文采🌈用(yòng)行程差法(fa)對換向器(qi)換人/換出(chū)重複性誤(wu)差進行測(cè)量。浮子流(liu)量計檢定(dìng)裝置各不(bu)确定度分(fèn)量評定結(jié)果見表4和(he)表5。
 
　　依據JJG164-2000,浮(fu)子流量計(ji)檢定裝置(zhi)的合成不(bu)确定度u=0.1095%,裝(zhuang)置的擴展(zhǎn)💚不确定度(dù)
U=k·u=2.23x0.1095%=0.2441%~0.25%(k-=2.23)。
　　1.0級爲浮子(zi)流量計的(de)最高精度(du)等級,浮子(zǐ)流量計檢(jiǎn)定🏃裝置的(de)🌈擴展不确(què)定度應優(yōu)于被檢流(liú)量計最大(da)允許誤差(chà)的1/2日。組合(he)裝置♋擴展(zhǎn)不确定度(dù)0.25%,滿足最高(gāo)等級浮🚶‍♀️子(zǐ)流量檢定(ding)要求。
4解決(jue)的問題
　　本(běn)文解決的(de)問題包括(kuò):
1)采用電動(dòng)數控換向(xiang)器技術,解(jie)決移動裝(zhuang)置在現場(chǎng)應用時,由(you)于不具備(bèi)壓縮空氣(qì),帶來的換(huan)向稱.重系(xi)統無法使(shǐ)用的問題(tí)。
2)采用帶有(yǒu)夾緊力超(chāo)限報警功(gōng)能的手動(dòng)夾表器,解(jie)決玻璃管(guǎn)浮子流量(liang)計夾裝過(guo)程中,容易(yì)被夾表器(qi)損壞的問(wen)🔴題
3)解決了(le)多種工作(zuo)介質浮子(zi)流量計的(de)檢測問.題(tí)本🆚裝置可(kě)與各種裝(zhuang)置包括水(shuǐ)流量、油流(liu)量、高黏液(ye)體流量等(děng)連通,實🌈現(xiàn)各種浮子(zǐ)流量計包(bao)括玻璃浮(fu)子流量計(jì)、金屬浮♋子(zi)流量計和(hé)塑料浮子(zǐ)🍓流量計等(deng).的在線檢(jiǎn)測,無需刻(kè)度換算和(he)粘🈚度修正(zheng)。
4)提高了檢(jian)測效率。裝(zhuang)置設計2個(ge)被檢表台(tái)位,每個台(tái)位都有各(ge)自的開關(guan)閥和流量(liàng)調節閥。相(xiang).互獨立、互(hù)🏃🏻不影響,在(zai)檢測一台(tái)📧流量計的(de)同時可以(yi)更換另一(yī)台位的🤩被(bèi)檢表❗。
5結束(shu)語
　　一種可(kě)移動拆卸(xie)方便、可快(kuài)速組合的(de)浮子流量(liàng)計檢定裝(zhuang)🚶‍♀️置,爲保證(zhèng)測量精度(du)采用電動(dòng)換向器減(jiǎn)少♈換人/換(huan)出行程🐕差(chà)和重複性(xing)誤差,爲避(bì)免浮子流(liu)量計被夾(jia)碎設計了(le)夾緊力報(bào)警功能。實(shi)驗結果表(biao)明,組合裝(zhuang)置🐕的不确(què)定度(U=0.25%,k=2.23)可有(yǒu)效滿足DN15~DN50,流(liu)量範圍0.006~16m3/h浮(fú)子⚽流量計(jì)的實驗室(shì)和現場檢(jiǎn)定需求。

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