摘要(yao)：一套(tao)氟氣(qi)流量(liang)測量(liang)裝置(zhi)，該裝(zhuang)置不(bu)僅提(ti)高了(le)☁️氟氣(qi)流量(liang)🐅測量(liang)精度(du)而且(qie)提高(gao)了氟(fu)氣利(li)用率(lü)。首先(xian)🔞分析(xi)了 熱(re)式質(zhi)量流(liu)量計(ji) 的工(gong)作原(yuan)理，根(gen)據工(gong)作原(yuan)理和(he)工藝(yi)需求(qiu)。通過(guo)測試(shi)各項(xiang)指标(biao)📧滿足(zu)技術(shu)要求(qiu)；然後(hou)通過(guo)黃金(jin)分割(ge)法，編(bian)寫C語(yu)言程(cheng)序，計(ji)算最(zui)優流(liu)量系(xi)數，并(bing)通過(guo)試驗(yan)數據(ju)可知(zhi)該氣(qi)動調(diao)節閥(fa)滿足(zu)工藝(yi)需求(qiu)。該裝(zhuang)置應(ying)用于(yu)提高(gao)了氟(fu)氣流(liu)量的(de)測量(liang)精度(du)☀️，而且(qie)提高(gao)了産(chan)品質(zhi)量，減(jian)少了(le)核材(cai)料浪(lang)費。
　　氟(fu)氣流(liu)量是(shi)核燃(ran)料循(xun)環中(zhong)相關(guan)産品(pin)生産(chan)的一(yi)個重(zhong)要參(can)數，在(zai)💁生産(chan)工藝(yi)流程(cheng)中氟(fu)氣流(liu)量的(de)準确(que)測⛱️量(liang)，不僅(jin)影響(xiang)産品(pin)質量(liang)而且(qie)可避(bi)免氟(fu)氣的(de)浪費(fei)。本文(wen)根據(ju)💯實際(ji)需要(yao)自主(zhu)設計(ji)了💁氟(fu)氣流(liu)量計(ji)，并委(wei)托生(sheng)産樣(yang)機🌈，在(zai)技術(shu)性能(neng)指标(biao)滿足(zu)要求(qiu)後應(ying)用于(yu)實📐際(ji)生産(chan)。
1　流量(liang)測控(kong)裝置(zhi)的結(jie)構
　　氟(fu)氣流(liu)量測(ce)控裝(zhuang)置由(you)氟氣(qi)流量(liang)計 、氣(qi)動薄(bao)膜調(diao)節閥(fa)、氟氣(qi)罐、電(dian)磁閥(fa)和DCS系(xi)統等(deng)組成(cheng)；DCS系統(tong)😄硬件(jian)由ＡBB公(gong)😍司ＡC800Ｆ控(kong)制器(qi)［3］、現場(chang)I/O卡件(jian)、工程(cheng)師站(zhan)，軟件(jian)由㊙️CoNTroL　BUiLDＦ軟(ruan)件和(he)DigVis軟件(jian)組成(cheng)，裝🌈置(zhi)結構(gou)如圖(tu)1所示(shi)。

2　氟氣(qi)流量(liang)測量(liang)裝置(zhi)核心(xin)部件(jian)的設(she)計
　　該(gai)測量(liang)裝置(zhi)核心(xin)部件(jian)包括(kuo)氟氣(qi)流量(liang)計和(he)氣動(dong)薄膜(mo)💘調節(jie)閥。
2.1　氟(fu)氣流(liu)量計(ji)
　　目前(qian)，廣泛(fan)應用(yong)的流(liu)量計(ji)，大多(duo)數測(ce)量的(de)是體(ti)積流(liu)量🙇🏻。由(you)📧于溫(wen)度、壓(ya)力等(deng)環境(jing)條件(jian)都會(hui)在一(yi)定程(cheng)度上(shang)影響(xiang)流體(ti)🐅的體(ti)積，當(dang)✌️外在(zai)的溫(wen)度、壓(ya)力等(deng)環境(jing)條件(jian)改變(bian)時，需(xu)要對(dui)體積(ji)流量(liang)進行(hang)換算(suan)，但當(dang)溫度(du)、壓力(li)頻繁(fan)變化(hua)時，進(jin)行及(ji)時換(huan)算很(hen)難實(shi)現。因(yin)此選(xuan)擇質(zhi)量流(liu)量計(ji)。
2.1.1　氟氣(qi)流量(liang)計技(ji)術指(zhi)标
　　根(gen)據工(gong)藝需(xu)求，推(tui)出氟(fu)氣流(liu)量計(ji)，技術(shu)指标(biao)如下(xia)：
1）質量(liang)流量(liang)的實(shi)時測(ce)量；
2）溫(wen)度補(bu)償功(gong)能，快(kuai)速進(jin)行溫(wen)度補(bu)償；
3）數(shu)據的(de)采集(ji)、處理(li)、存儲(chu)等功(gong)能；
4）該(gai)流量(liang)計采(cai)用量(liang)熱式(shi)質量(liang)流量(liang)計工(gong)作原(yuan)理，薄(bao)壁測(ce)量☂️管(guan)采🐪用(yong)蒙乃(nai)爾400合(he)金或(huo)者哈(ha)氏合(he)金，防(fang)止氟(fu)氣将(jiang)薄☔壁(bi)測量(liang)管腐(fu)蝕，造(zao)成氟(fu)氣洩(xie)露，損(sun)壞傳(chuan)感器(qi)，影⛷️響(xiang)測量(liang)精度(du)；
5）該流(liu)量計(ji)測量(liang)範圍(wei)［0，300］NL/ｈ，精度(du)1.0級，現(xian)場顯(xian)示瞬(shun)時流(liu)量和(he)累積(ji)流量(liang)，傳輸(shu)信号(hao)［4，20］mA，連接(jie)方式(shi)焊接(jie)；
6）該流(liu)量計(ji)采用(yong)氟氣(qi)和氮(dan)氣進(jin)行标(biao)定，提(ti)供氟(fu)氣和(he)🏃氮💯氣(qi)的标(biao)定數(shu)據曲(qu)線，并(bing)具有(you)氟氣(qi)和氮(dan)氣流(liu)量測(ce)量的(de)切換(huan)功能(neng)。主要(yao)目的(de)，采用(yong)氟氣(qi)标定(ding)後的(de)流量(liang)計可(ke)以準(zhun)确測(ce)量氟(fu)氣流(liu)量的(de)真實(shi)值，采(cai)用氮(dan)氣标(biao)定，該(gai)流量(liang)計可(ke)以用(yong)于國(guo)内計(ji)量院(yuan)校準(zhun)，解決(jue)國内(nei)計量(liang)院沒(mei)有🍓氟(fu)氣流(liu)量校(xiao)準裝(zhuang)置等(deng)問題(ti)；
7）将該(gai)流量(liang)計送(song)至國(guo)内省(sheng)級以(yi)上的(de)檢定(ding)部門(men)進行(hang)校準(zhun)，校準(zhun)介質(zhi)氮氣(qi)，校準(zhun)結果(guo)合格(ge)；
流量(liang)計研(yan)制：
2.1.2　氟(fu)氣流(liu)量計(ji)測試(shi)
　　該流(liu)量計(ji)硬件(jian)電路(lu)采用(yong)單片(pian)機爲(wei)核心(xin)，外部(bu)擴展(zhan)存儲(chu)模塊(kuai)⛷️，通信(xin)模塊(kuai)和I/O模(mo)塊組(zu)成運(yun)算及(ji)控制(zhi)電路(lu)，滿足(zu)質量(liang)流量(liang)的實(shi)時測(ce)量以(yi)及實(shi)現數(shu)據的(de)采集(ji)、處理(li)、存儲(chu)等功(gong)能；由(you)技術(shu)手冊(ce)［5］可知(zhi)，該流(liu)量計(ji)傳感(gan)器中(zhong)薄壁(bi)測量(liang)管采(cai)用蒙(meng)乃爾(er)🈲400合金(jin)；測量(liang)範圍(wei)［0，300］NL/ｈ，精度(du)1.0級，現(xian)場顯(xian)示瞬(shun)時流(liu)量和(he)💃累積(ji)流量(liang)值，傳(chuan)輸信(xin)号［4，20］mA，連(lian)接方(fang)式焊(han)接。
（1）用(yong)氟氣(qi)和氮(dan)氣進(jin)行标(biao)定及(ji)标定(ding)曲線(xian)
　　根據(ju)技術(shu)要求(qiu)，分别(bie)采用(yong)氟氣(qi)和氮(dan)氣進(jin)行标(biao)定，并(bing)可以(yi)通過(guo)參數(shu)設定(ding)修改(gai)模式(shi)，此外(wai)提供(gong)标定(ding)曲線(xian)，标定(ding)曲線(xian)如圖(tu)3。


　　 曲線(xian)分析(xi)：氟氣(qi)比熱(re)容CP＝827.67J/（kg?K），氮(dan)氣比(bi)熱容(rong)CP＝1038J/（kg?K），根據(ju)流量(liang)計算(suan)公式(shi)［4］可知(zhi)，相同(tong)流量(liang)下，比(bi)熱容(rong)與平(ping)均溫(wen)度成(cheng)正比(bi)，比熱(re)容越(yue)大對(dui)應電(dian)壓值(zhi)就越(yue)大，由(you)氟氣(qi)和氮(dan)氣标(biao)🛀定曲(qu)線💞可(ke)知理(li)💯論分(fen)析和(he)廠家(jia)提供(gong)數據(ju)曲線(xian)吻合(he)。
（2）熱氟(fu)氣流(liu)量計(ji)校準(zhun)
　　根據(ju)技術(shu)要求(qiu)，将氟(fu)氣流(liu)量計(ji)送至(zhi)省級(ji)以上(shang)計量(liang)院進(jin)🍓行校(xiao)準🤟，量(liang)程［0，300］NL/ｈ精(jing)度等(deng)級1.0級(ji)。校準(zhun)結果(guo)如表(biao)1。

　　根據(ju)氟氣(qi)流量(liang)計合(he)格證(zheng)提供(gong)信息(xi)得知(zhi)，該流(liu)量計(ji)❌的最(zui)大引(yin)用誤(wu)差±1.0％，最(zui)大相(xiang)對誤(wu)差是(shi)±2.0％，由校(xiao)準數(shu)據可(ke)知相(xiang)對誤(wu)差和(he)引用(yong)誤差(cha)都在(zai)要求(qiu)範圍(wei)之内(nei)，因此(ci)該流(liu)量計(ji)是合(he)格的(de)。
（3）溫度(du)補償(chang)測試(shi)
　　在上(shang)章節(jie)中提(ti)到，新(xin)定制(zhi)樣機(ji)具有(you)溫度(du)補償(chang)功能(neng)。根據(ju)氟氣(qi)🔞流量(liang)計說(shuo)明書(shu)可知(zhi)，該流(liu)量計(ji)采用(yong)的是(shi)數字(zi)化溫(wen)度補(bu)償法(fa)，該方(fang)法采(cai)用恒(heng)流法(fa)測量(liang)電路(lu)，将溫(wen)度信(xin)号轉(zhuan)換成(cheng)電流(liu)信号(hao)，通過(guo)高精(jing)度的(de)ＡD轉換(huan)電路(lu)，将電(dian)流信(xin)号轉(zhuan)🌍換成(cheng)數字(zi)信号(hao)送入(ru)單片(pian)機，通(tong)過補(bu)償算(suan)法進(jin)行補(bu)償。該(gai)👨‍❤️‍👨方法(fa)通過(guo)算法(fa)進行(hang)溫度(du)🔞補償(chang)，避免(mian)了模(mo)拟電(dian)路的(de)固有(you)問題(ti)，提高(gao)了補(bu)償精(jing)🏃‍♀️度。
　　将(jiang)新定(ding)制的(de)流量(liang)計安(an)裝在(zai)溫度(du)波動(dong)引起(qi)誤差(cha)測試(shi)🎯平📐台(tai)中，按(an)照測(ce)試方(fang)法進(jin)行測(ce)試，取(qu)100NL/ｈ作爲(wei)觀測(ce)點，每(mei)個🈲觀(guan)測🌂點(dian)進♻️行(hang)6次重(zhong)複🈲性(xing)測量(liang)，不确(que)定度(du)評定(ding)符合(he)Ａ類評(ping)定［6］，結(jie)果如(ru)表2。


　　則(ze)溫度(du)波動(dong)引入(ru)标準(zhun)不确(que)定度(du)U（Ts）＝0.41NL/ｈ，其自(zi)由度(du)24。
　　當置(zhi)信水(shui)平爲(wei)95％時，自(zi)由度(du)爲23，查(cha)T分布(bu)表得(de)包含(han)因子(zi)ｋ＝1.714其擴(kuo)展标(biao)準不(bu)确定(ding)U（T）＝U（Ts）×ｋ＝0.7NL/ｈ。
小結(jie)：該系(xi)統最(zui)大允(yun)許誤(wu)差6.0NL/ｈ，則(ze)U（T）＜6.0NL/ｈ×1/3，該測(ce)量系(xi)統溫(wen)度波(bo)動引(yin)入誤(wu)差✍️小(xiao)于最(zui)大允(yun)許誤(wu)差，因(yin)此溫(wen)度補(bu)償降(jiang)👌低了(le)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼溫度(du)波動(dong)時引(yin)起測(ce)量誤(wu)差。
2.2　氣(qi)動薄(bao)膜調(diao)節閥(fa)
　　在生(sheng)産線(xian)中，調(diao)節閥(fa)流量(liang)系數(shu)選擇(ze)不合(he)适，造(zao)成調(diao)節⚽閥(fa)震蕩(dang)大降(jiang)低了(le)控制(zhi)精度(du)，降低(di)氟氣(qi)的利(li)用率(lü)💃。
（1）調節(jie)閥流(liu)量系(xi)數的(de)定義(yi)及計(ji)算公(gong)式
　　調(diao)節閥(fa)的流(liu)量系(xi)數，是(shi)調節(jie)閥的(de)重要(yao)參數(shu)，它反(fan)映🐕調(diao)💋節✍️閥(fa)通過(guo)流體(ti)的能(neng)力，也(ye)就是(shi)調節(jie)閥的(de)容量(liang)［7］。流量(liang)系✔️數(shu)分🐅爲(wei)，英制(zhi)單位(wei)CV和國(guo)際單(dan)位KV，CV爲(wei)英制(zhi)單位(wei)的流(liu)量系(xi)數，其(qi)換算(suan)關系(xi)：CV≈1.16KV。
通過(guo)查閱(yue)資料(liao)［8］，氣體(ti)（壓力(li)小于(yu)10Mpa）流量(liang)系數(shu)的計(ji)算公(gong)式如(ru)下：

式(shi)中：
KV———流(liu)量系(xi)數；
P1———閥(fa)入口(kou)絕對(dui)壓力(li)Kpa；
P2———閥出(chu)口絕(jue)對壓(ya)力Kpa；
Qg———氣(qi)體最(zui)大流(liu)量Nｍ3/ｈ；
G———氣(qi)體比(bi)重（氟(fu)氣＝1.31）；
t———氣(qi)體溫(wen)度℃。
　　在(zai)生産(chan)過程(cheng)中，氟(fu)氣罐(guan)中氟(fu)氣壓(ya)力範(fan)圍［60，350］Kpa，閥(fa)後壓(ya)力🐇範(fan)圍20Kpa左(zuo)右，選(xuan)🏒擇公(gong)式2。
（2）流(liu)量系(xi)數計(ji)算
　　根(gen)據要(yao)求，氟(fu)氣最(zui)大流(liu)量Qg＝300NL/ｈ，G＝1.31；t＝23℃；氟(fu)氣滿(man)罐時(shi)：P表1＝350Kpa，P大(da)氣＝84Kpa，因(yin)此P11＝P表(biao)1＋P大氣(qi)＝434Kpa；将數(shu)據帶(dai)入公(gong)式2得(de)：
KV1＝0.0136
　　氟氣(qi)空罐(guan)時：P表(biao)1＝60Kpa，P大氣(qi)＝84Kpa，因此(ci)P11＝P表1＋P大(da)氣＝144Kpa；将(jiang)數據(ju)帶入(ru)公式(shi)得：
KV2＝0.0409
　　則(ze)流量(liang)系數(shu)KV的取(qu)值範(fan)圍［0.0136，0.0409］，利(li)用黃(huang)金分(fen)割法(fa)，通過(guo)C語言(yan)編寫(xie)程🔱序(xu)求解(jie)KV最優(you)值，流(liu)程如(ru)圖4所(suo)示。

　　由(you)C語言(yan)程序(xu)得出(chu)ＫV最優(you)值爲(wei)0.016　82，将該(gai)數據(ju)帶入(ru)上述(shu)公式(shi)中，當(dang)🏃‍♀️閥前(qian)壓力(li)434Kpa時最(zui)大流(liu)量Ｑmax1爲(wei)372NL/ｈ，當閥(fa)前壓(ya)力144Kpa時(shi)最大(da)流量(liang)Ｑmax2爲124NL/ｈ，滿(man)足❄️工(gong)藝要(yao)求。
3　結(jie)束語(yu)
　　通過(guo)推出(chu)氟氣(qi)流量(liang)計，解(jie)決了(le)氟氣(qi)流量(liang)測量(liang)誤差(cha)大🌍、氟(fu)氣利(li)用率(lü)低等(deng)問題(ti)，間接(jie)提高(gao)産品(pin)質量(liang)，減少(shao)核材(cai)料的(de)⁉️浪費(fei)。該氟(fu)氣流(liu)量測(ce)量裝(zhuang)置爲(wei)今後(hou)流量(liang)計、氣(qi)動薄(bao)膜調(diao)節閥(fa)的流(liu)量系(xi)數選(xuan)擇提(ti)供理(li)論依(yi)據。

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