氟氣流量計設計制造及應用-江蘇省孝感尼蓝纺织制造有限责任公司(WAP站)
                   
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氟氣(qì)流量計(ji)設計制(zhi)造及應(yīng)用
發布(bu)時間:2025-12-15

摘(zhāi)要:一套(tao)氟氣流(liú)量測量(liàng)裝置,該(gai)裝置不(bú)僅提高(gāo)了氟氣(qi)流量測(ce)量精度(dù)而且提(tí)高了氟(fú)氣利用(yòng)率。首先(xiān)分析了(le) 熱式質(zhi)量流量(liang)計 的工(gōng)作原理(lǐ),根據工(gong)作原理(lǐ)和工藝(yì)需求。通(tong)過測試(shì)各項指(zhi)标滿足(zu)技術要(yào)求;然後(hou)通過黃(huang)金分割(ge)法,編💰寫(xiě)C語🧡言程(chéng)序,計算(suàn)最👈優流(liú)量系數(shu),并通過(guò)試驗數(shù)據可知(zhī)該氣動(dòng)調節閥(fá)滿足工(gong)藝需求(qiú)。該裝置(zhi)應用于(yu)提高了(le)氟氣流(liú)量的測(ce)量精度(dù),而且提(tí)高了産(chǎn)品質量(liang),減少了(le)核🛀材料(liao)浪費。
  氟(fu)氣流量(liang)是核燃(ran)料循環(huán)中相關(guān)産品生(sheng)産的一(yi)個重要(yao)參數,在(zai)生産工(gong)藝流程(cheng)中氟氣(qi)流量的(de)準确測(ce)量,不僅(jǐn)影響産(chǎn)品質量(liang)而且可(kě)避免氟(fú)氣的浪(làng)費。本🆚文(wén)根據實(shi)際需要(yao)自主設(shè)計了氟(fú)氣流量(liàng)計,并委(wei)托生産(chan)樣機,在(zai)技術性(xìng)能指标(biao)滿足要(yào)求後♈應(yīng)用于實(shí)際生産(chan)。
1 流量測(ce)控裝置(zhi)的結構(gou)
  氟氣流(liu)量測控(kong)裝置由(yóu)氟氣流(liu)量計 、氣(qi)動薄膜(mó)調節閥(fá)、氟氣罐(guan)、電磁閥(fa)和DCS系統(tǒng)等組成(cheng);DCS系統硬(ying)件由🆚ABB公(gong)💃司AC800F控制(zhi)器[3]、現場(chang)I/O卡件、工(gong)程師站(zhan),軟件由(yóu)CoNTroL BUiLDF軟件✍️和(he)DigVis軟📐件組(zǔ)成,裝🧑🏾‍🤝‍🧑🏼置(zhi)結構如(ru)圖1所示(shi)。
氟氣流(liu)量計流(liú)量測量(liàng)裝置結(jié)構圖
2 氟(fú)氣流量(liàng)測量裝(zhuāng)置核心(xīn)部件的(de)設計
  該(gāi)測量裝(zhuāng)置核心(xīn)部件包(bāo)括氟氣(qì)流量計(ji)和氣動(dòng)薄膜❗調(diao)節閥。
2.1 氟(fú)氣流量(liàng)計
  目前(qián),廣泛應(ying)用的流(liu)量計,大(da)多數測(cè)量的是(shi)體積流(liú)量。由👈于(yú)溫度、壓(ya)力等環(huan)境條件(jiàn)都會在(zài)一定程(cheng)度上🔴影(yǐng)響流體(tǐ)的體積(jī),當外在(zai)的溫度(dù)、壓力等(deng)環境條(tiáo)件改變(biàn)時,需要(yào)對體積(ji)流❤️量進(jìn)行換算(suàn),但當溫(wēn)度、壓力(li)🌈頻繁變(bian)化時,進(jin)行及時(shi)換算很(hen)難實現(xiàn)。因此選(xuan)擇質量(liang)流量計(ji)。
2.1.1 氟氣流(liú)量計技(jì)術指标(biao)
  根據工(gōng)藝需求(qiu),推出氟(fu)氣流量(liang)計,技術(shù)指标如(ru)下:
1)質量(liàng)流量的(de)實時測(ce)量;
2)溫度(dù)補償功(gōng)能,快速(su)進行溫(wen)度補償(cháng);
3)數據的(de)采集、處(chù)理、存儲(chǔ)等功能(neng);
4)該流量(liàng)計采用(yong)量熱式(shì)質量流(liu)量計工(gōng)作原理(lǐ),薄壁測(ce)量管采(cai)用蒙乃(nai)爾400合金(jīn)或者哈(ha)氏合金(jin),防止氟(fú)氣🈲将薄(bao)壁測量(liang)管腐蝕(shi),造成氟(fú)氣洩露(lu),損壞傳(chuan)感器,影(ying)響測量(liang)🔅精度;
5)該(gāi)流量計(ji)測量範(fàn)圍[0,300]NL/h,精度(dù)1.0級,現場(chang)顯示瞬(shun)時流量(liàng)和累積(ji)🏃流量,傳(chuan)輸信号(hào)[4,20]mA,連接方(fang)式焊接(jie);
6)該流量(liàng)計采用(yong)氟氣和(hé)氮氣進(jin)行标定(dìng),提供氟(fu)氣和氮(dan)氣的标(biao)定數據(ju)曲線,并(bing)具有氟(fú)氣和氮(dan)氣流量(liang)測量的(de)切換功(gōng)能。主要(yao)目的,采(cai)用氟氣(qì)标定後(hòu)的流量(liàng)計可以(yi)準确測(ce)量氟氣(qì)流量的(de)真實值(zhi),采用氮(dan)氣标定(ding),該流量(liàng)計可以(yi)用于國(guo)内計量(liang)院校準(zhǔn),解決國(guó)内計量(liang)院沒有(you)氟氣流(liu)量校準(zhǔn)裝置等(deng)問題;
7)将(jiang)該流量(liàng)計送至(zhi)國内省(sheng)級以上(shang)的檢定(ding)部門進(jin)行🌈校🈲準(zhun),校準介(jiè)質氮氣(qì),校準結(jié)果合格(ge);
流量計(jì)研制:
2.1.2 氟(fu)氣流量(liang)計測試(shì)
  該流量(liang)計硬件(jiàn)電路采(cǎi)用單片(piàn)機爲核(he)心,外部(bu)擴展🐉存(cún)儲模塊(kuai),通信模(mo)塊和I/O模(mó)塊組成(cheng)運算及(jí)控制電(diàn)路💔,滿足(zu)質量流(liu)量的實(shi)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻時測量(liàng)以及實(shi)現數據(ju)的采集(jí)、處理、存(cún)儲等功(gong)能;由技(jì)術手冊(ce)[5]可知,該(gai)流量計(ji)傳感器(qì)中薄壁(bi)測量管(guan)采用蒙(meng)乃爾400合(he)金;測量(liang)範圍[0,300]NL/h,精(jīng)度📐1.0級,現(xian)場顯示(shi)瞬時流(liu)量和累(lei)積流量(liàng)值,傳輸(shū)信号[4,20]mA,連(lián)接方式(shì)焊接。
(1)用(yòng)氟氣和(hé)氮氣進(jìn)行标定(dìng)及标定(ding)曲線
  根(gen)據技術(shu)要求,分(fen)别采用(yòng)氟氣和(hé)氮氣進(jin)行标定(dìng),并可以(yǐ)通✍️過參(cān)數設定(dìng)修改模(mó)式,此外(wài)提供标(biao)定曲線(xian),标定曲(qǔ)線💃🏻如圖(tu)3。
氟氣流(liú)量計标(biao)定曲線(xiàn)圖
氟氣(qì)流量計(ji)氮氣标(biao)定曲線(xian)圖
   曲線(xian)分析:氟(fu)氣比熱(rè)容CP=827.67J/(kg?K),氮氣(qi)比熱容(rong)CP=1038J/(kg?K),根據流(liu)量計算(suàn)公式[4]可(kě)知㊙️,相✌️同(tóng)流量下(xià),比熱容(róng)與平均(jun)溫度成(chéng)正比,比(bǐ)熱容越(yuè)大對應(yīng)電壓值(zhí)就越大(da),由氟氣(qì)和氮氣(qì)标定曲(qǔ)線可知(zhi)理論分(fen)析⚽和廠(chang)家提供(gòng)數據曲(qǔ)線吻合(he)🔴。
(2)熱氟氣(qì)流量計(ji)校準
  根(gēn)據技術(shu)要求,将(jiang)氟氣流(liú)量計送(sòng)至省級(jí)以上計(ji)量院進(jìn)行校準(zhǔn)🔞,量程[0,300]NL/h精(jing)度等級(jí)1.0級。校準(zhun)結果如(ru)表1。

  根據(jù)氟氣流(liu)量計合(hé)格證提(ti)供信息(xī)得知,該(gai)流量計(jì)的最大(da)引💋用🌈誤(wu)差±1.0%,最大(dà)相對誤(wu)差是±2.0%,由(yóu)校準數(shu)據可知(zhī)相對誤(wu)差和🚶引(yin)用誤差(chà)都在要(yao)求範圍(wei)之内,因(yin)此該流(liu)量計是(shi)合格的(de)。
(3)溫度補(bǔ)償測試(shi)
  在上章(zhāng)節中提(tí)到,新定(dìng)制樣機(ji)具有溫(wen)度補償(chang)功能。根(gēn)🏃據氟❤️氣(qi)流量計(ji)說明書(shu)可知,該(gāi)流量計(ji)采用的(de)是🏃‍♂️數字(zi)化溫🌏度(du)補償法(fǎ),該方💜法(fǎ)采用恒(heng)流法測(ce)量電路(lù),将溫度(dù)🤟信号轉(zhuǎn)換成電(diàn)‼️流信号(hào),通過高(gao)精度的(de)AD轉換電(diàn)路,将電(dian)🏒流信号(hào)轉換成(cheng)數字信(xin)号送入(ru)單片機(jī),通過補(bu)償算法(fa)進行補(bǔ)償。該🥰方(fang)法通過(guo)算法進(jìn)行溫度(du)補償,避(bi)免了模(mo)拟電路(lu)的固有(yǒu)問題,提(ti)高了補(bu)償精度(du)。
  将新定(dìng)制的流(liú)量計安(ān)裝在溫(wēn)度波動(dong)引起誤(wù)差測試(shi)🐅平📧台中(zhong),按照測(cè)試方法(fǎ)進行測(cè)試,取100NL/h作(zuo)爲觀測(cè)點,每個(ge)觀測🔴點(diǎn)進行6次(ci)🐪重複🌈性(xìng)測量,不(bu)确定度(dù)評定符(fu)合A類評(ping)定[6],結果(guo)如表2。


  則(ze)溫度波(bō)動引入(ru)标準不(bu)确定度(du)U(Ts)=0.41NL/h,其自由(you)度24。
  當置(zhì)信水平(ping)爲95%時,自(zi)由度爲(wèi)23,查T分布(bu)表得包(bao)含因子(zǐ)k=1.714其擴展(zhǎn)标準不(bú)确定U(T)=U(Ts)×k=0.7NL/h。
小(xiǎo)結:該系(xi)統最大(dà)允許誤(wu)差6.0NL/h,則U(T)<6.0NL/h×1/3,該(gai)測量系(xi)統溫度(du)波動引(yin)入誤差(cha)小于最(zuì)大允許(xǔ)誤差,因(yin)此溫度(dù)補償降(jiang)低了溫(wen)度波動(dong)時引起(qi)測量誤(wu)差。
2.2 氣動(dòng)薄膜調(diào)節閥
  在(zai)生産線(xian)中,調節(jiē)閥流量(liang)系數選(xuan)擇不合(he)适,造成(chéng)調節閥(fá)震蕩大(dà)降低了(le)控制精(jīng)度,降低(dī)氟氣的(de)利用率(lü)。
(1)調節閥(fá)流量系(xì)數的定(dìng)義及計(ji)算公式(shi)
  調節閥(fa)的流量(liang)系數,是(shi)調節閥(fa)的重要(yào)參數,它(ta)反映調(diào)節🏃‍♀️閥‼️通(tong)過🐇流體(tǐ)的能力(li),也就是(shi)調節閥(fá)的容量(liang)[7]。流量系(xi)數分爲(wèi),英制單(dān)位CV和國(guo)際單位(wèi)KV,CV爲英制(zhi)單位的(de)流量系(xì)🤟數,其換(huan)算關系(xì):CV≈1.16KV。
通過查(cha)閱資料(liào)[8],氣體(壓(ya)力小于(yú)10Mpa)流量系(xì)數的計(ji)算公式(shi)如下:

式(shi)中:
KV———流量(liàng)系數;
P1———閥(fá)入口絕(jué)對壓力(li)Kpa;
P2———閥出口(kou)絕對壓(ya)力Kpa;
Qg———氣體(ti)最大流(liu)量Nm3/h;
G———氣體(tǐ)比重(氟(fú)氣=1.31);
t———氣體(ti)溫度℃。
  在(zai)生産過(guo)程中,氟(fu)氣罐中(zhōng)氟氣壓(yā)力範圍(wéi)[60,350]Kpa,閥後壓(yā)力範圍(wéi)20Kpa左右,選(xuan)擇公式(shi)2。
(2)流量系(xì)數計算(suàn)
  根據要(yao)求,氟氣(qì)最大流(liu)量Qg=300NL/h,G=1.31;t=23℃;氟氣(qì)滿罐時(shí):P表1=350Kpa,P大氣(qi)=84Kpa,因此P11=P表(biǎo)1+P大氣=434Kpa;将(jiang)數據帶(dai)入公式(shi)2得:
KV1=0.0136
  氟氣(qì)空罐時(shi):P表1=60Kpa,P大氣(qì)=84Kpa,因此P11=P表(biao)1+P大氣=144Kpa;将(jiāng)數據帶(dài)入公式(shì)得:
KV2=0.0409
  則流(liú)量系數(shu)KV的取值(zhí)範圍[0.0136,0.0409],利(lì)用黃金(jīn)分割法(fa),通過C語(yu)言編寫(xiě)程序求(qiú)解KV最優(you)值,流程(cheng)如圖4所(suǒ)示。

  由C語(yǔ)言程序(xu)得出KV最(zui)優值爲(wèi)0.016 82,将該數(shù)據帶入(rù)上述公(gōng)🌈式中👅,當(dang)㊙️閥前🏃‍♂️壓(yā)力434Kpa時最(zui)大流量(liang)Qmax1爲372NL/h,當閥(fa)前壓力(lì)144Kpa時最大(dà)流量Qmax2爲(wèi)124NL/h,滿足工(gong)藝要求(qiú)。
3 結束語(yǔ)
  通過推(tuī)出氟氣(qì)流量計(ji),解決了(le)氟氣流(liú)量測量(liang)誤差✉️大(dà)、氟氣♋利(lì)用率低(di)等問題(tí),間接提(tí)高産品(pǐn)質量,減(jian)少核材(cai)料的浪(lang)費。該氟(fu)氣流量(liang)測量裝(zhuāng)置爲今(jīn)後流量(liang)計、氣動(dòng)薄膜調(diào)節閥的(de)流量系(xì)數選擇(ze)提供理(li)論依據(ju)。

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