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)。

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。


　　 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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