摘要(yào):針對建設專(zhuan)用裝置檢定(dìng)浮子流量計(ji) ,場地占用大(dà)且無法滿足(zu)實流檢定的(de)問題,一種流(liu)♻️量範圍爲0.006~16m3/h的(de)可移動浮子(zǐ)流量計檢定(dìng)裝置。裝置原(yuán)理爲靜态♈質(zhi)量法,1台💋150kg的精(jing)度電子秤爲(wèi)主标準器。用(yòng)專用電🈲動換(huan)向器,保證換(huan)向同步性。設(she)🔞計基于可編(bian)♍程邏輯控制(zhi)器(PLC)的控👌制系(xì)統,通過對夾(jiá)表器夾緊力(lì)💃🏻的實時監測(ce),大幅度降低(dī)被測浮子流(liú)量計玻璃管(guǎn)在安裝過程(chéng)中💁損壞的可(ke)能性。采用液(yè)體流量标準(zhun)裝置檢定規(guī)程中的方法(fǎ)對整套裝置(zhì)進行實驗及(ji)不确定度評(ping)定,得到💚其擴(kuò)展不确定度(du)爲0.25%(k=2)。裝置具有(you)方便移動、可(kě)拆卸、可快速(su)組合的特點(diǎn),能夠滿足精(jing)度等級1.0級及(jí)以下🔴浮子流(liú)量計實驗室(shì)或現場校準(zhǔn)的需求。
0引言(yan)
　　浮子流量計(ji)是一種使用(yòng)簡單、讀數方(fang)便的瞬時體(tǐ)積流量㊙️測❤️量(liàng)🌐儀表,适用于(yú)低流速液體(ti)流量特别是(shì)低雷諾數🈚情(qíng)況下的微小(xiǎo)流量測量:工(gōng)況"。因其結構(gou)簡單、工作可(ke)靠、流量穩定(dìng)、可測低流速(sù)介質等優點(diǎn)明,浮子流量(liàng)計被廣泛用(yòng)于電力、石化(hua)、化工、冶金、醫(yi)藥.環境保護(hu)☁️、污水處理等(deng)領域。
　　浮子流(liu)量計工作介(jiè)質自下而上(shang)流動,不能水(shui)平安裝。檢🔞定(ding)介💁質與刻度(dù)介質不同時(shí)需要進行刻(kè)度換算和粘(zhan)度修正。國内(nèi)各技📧術機構(gòu)和企業現有(yǒu)水流🐪量标準(zhun)裝置無法檢(jian)測浮子流🤞量(liàng)計,需建立專(zhuan)用檢🍉定裝置(zhi),場地占用大(da)⚽且功能單❌一(yi)。另外,實驗室(shi)對浮子流量(liang)計的檢定通(tōng)常在水流量(liang)裝置上進行(hang),無法模拟出(chū)實際介質條(tiáo)件。雖然實🆚驗(yàn)室檢定可給(gěi)出儀🏃🏻表在.标(biao)準條件下的(de)計量性能,但(dan)會因實際使(shi)用條♻️件😍、介質(zhi)的物性參數(shù)‼️甚至介質本(běn)身的變化而(er)帶來附加誤(wu)差。因此,研究(jiu)可移動檢定(dìng)裝置,實現被(bèi)檢流量計工(gong)況條件下的(de)現場🏃計量,對(dui)浮子流量計(ji)的檢測具有(yǒu)重要意義。
　　本(ben)文建立了一(yī)套可移動、可(kě)與各種液體(ti)流量裝置高(gāo)效💜組合的浮(fu)子流量計檢(jian)定裝置,能夠(gòu)快速将水平(píng)流場轉🌈換爲(wèi)适于☀️浮子流(liu)量計檢定的(de)垂直流場,很(hěn)好的滿足了(le)多參數、多規(gui)格、各種液體(ti)工作介質浮(fu)子流量☁️計的(de)現場和實驗(yan)室檢測需求(qiu)😍。
1浮子流量計(ji)檢定裝置測(cè)量原理
　　流量(liàng)标準裝置是(shì)流量儀表進(jin)行檢測完成(cheng)量值傳遞的(de)重要設備,是(shi)保證流量儀(yí)表質量的關(guan)鍵環節🔞。依據(ju)測量♌:方法可(kě)将流量标準(zhun)裝置分爲靜(jìng)态質量法、靜(jing)态✌️容積法、動(dong)态質量法和(he)✂️動态容🐅積法(fa)。本文設計的(de)浮子流量計(jì)檢👉定裝置爲(wèi)靜态質量标(biāo)準裝置,流量(liang)源恒壓,流量(liàng)穩定,測量精(jing)度高。靜态質(zhì)量法流⭐量标(biao)準裝置測量(liàng)原理是将一(yī)定時間内通(tong)過流量計的(de)介質,經由換(huàn)✂️向器全部導(dao)人置于稱量(liang)标準器❄️上的(de)容器中,然後(hou)測量容器中(zhōng)介質的質量(liàng)從而得到流(liu)過流量計的(de)介質質量,再(zai)通過測量時(shi)間得到質量(liang)流量。數學模(mo)型爲
 
式中:Q一(yi)累積質量流(liu)量,kg/s;
qm一-瞬時質(zhi)量流量,kg/s;
m一測(cè):量時間内稱(chēng)量容器内的(de)液體質量示(shì)值,kg,
t,t1,t2一測量時(shí)間,s。
2浮子流量(liang)計檢定裝置(zhi)方案設計
2.1裝(zhuāng)置設計指标(biao)
　　浮子流量計(jì)被廣泛應用(yong)于小管徑、低(dī)流速測流領(lǐng)域。以液體爲(wei)例,口徑10mm以下(xia)玻璃管浮子(zǐ)流量計滿度(dù)流量的名義(yì)管徑,流速隻(zhi)在0.2~0.6m/s之間,甚至(zhi)低于0.1m/s8。常用浮(fu)🈲子流量計口(kǒu)徑爲DN15~DN50,對應🆚的(de)流量範圍和(hé)精度等級分(fen)别見表1和表(biǎo)2。
 
　　根據常用流(liú)量計口徑、精(jīng)度等級和流(liu)量測量範圍(wei)進🛀行💁裝置設(shè)計,具體設計(ji)指标見表3。裝(zhuāng)置設計采用(yong)測量精度較(jiào)高的靜态質(zhi)量法,流量範(fàn)圍0.006~16m2/h,滿足常用(yòng)口徑DN15~DN50液體浮(fú)子流量計檢(jiǎn)定需求。浮子(zǐ)流量計檢定(ding)裝置的擴展(zhan)不确定✨度應(yīng)優于被檢流(liú)量計最大允(yun)🥰許誤差的1/2凹(āo)🏃‍♂️最高精度等(deng)級浮子流量(liàng)計爲1.0級(表2),因(yin)🌈此組合裝置(zhi)的擴展不确(què)定度應優于(yú)0.5%。爲保證測量(liang)正确率,浮子(zi)流量計安裝(zhuang)🍉傾斜角度應(yīng)<2°。爲了方便裝(zhuāng)置🐆的移動、拆(chāi)卸和高👌效組(zǔ)裝,整套裝置(zhi)高度應不超(chāo)過2m。
 
2.2裝置結構(gou)設計
　　浮子流(liú)量計檢定裝(zhuāng)置結構設計(ji)如圖1,其主體(ti)爲2個🏃🏻‍♂️長方🈲體(ti)框架,由浮子(zǐ)流量計裝夾(jiá)表系統和稱(cheng)量系統(含水(shuǐ)流換向系統(tǒng))組成㊙️。浮子流(liu)量計裝夾表(biao)系統☔中部爲(wèi)工作台面,台(tai)面一側安裝(zhuang)有水平尺,框(kuang)架底部安裝(zhuāng)有4個腳輪和(hé)4條可伸縮支(zhī)腳便于裝置(zhi)的移動和調(diao)節固定。進水(shui)管路上依次(cì)安裝有快速(su)接頭、開關閥(fá)、調節🚶閥和排(pái)水閥。裝置🔴上(shàng)端設置手動(dòng)🔞夾表器,實現(xiàn)被檢浮子🐅流(liu)量計的安裝(zhuāng)與拆卸。稱重(zhòng)系統💃🏻包括換(huan)向器、稱量容(rong)器和電子秤(chèng)。稱重系統下(xià)部爲工作台(tai)面,同樣安裝(zhuāng)水❤️平尺、腳輪(lun)和可伸縮支(zhī)腳,實現被檢(jian)浮子流量計(jì)與稱重系統(tong)的連通。
　　裝置(zhì)設置2個檢定(dìng)台位,DN25以下包(bao)括DN15、DN20和DN25爲一~條(tiao)管線,另一個(ge)爲DN32、DN40和DN50浮🐉子流(liú)量計檢定台(tái)位。采用變換(huan)管段的方式(shi),在有限的2個(ge)工作台位上(shang)覆蓋了DN15~DN50所有(you)管徑浮子流(liu)量計的檢定(ding)能力。一個台(tái)位工作的同(tóng)時可在另一(yi)個台位安裝(zhuāng)被檢表,可有(you)效提高檢👉定(ding)效率。
　　機械設(she)計上,采用電(dian)動數控換向(xiàng)器和夾表器(qi)超限報警,提(tí)高檢測過程(chéng)的自動化和(hé)智能化程度(du)。首先,電動📧換(huàn)向器控制精(jīng)度高,且在現(xiàn)場不具備壓(ya)縮空氣的情(qíng)況下仍可使(shi)用。其次,在夾(jia)裝過程中,浮(fú)子流量計尤(yóu)其📞是無導向(xiàng)結構流量計(jì)的玻璃⛱️管極(ji)易被氣動夾(jia)表器夾碎,采(cai)用帶有夾緊(jin)力超🥵限報警(jǐng)功能的手動(dòng)夾表🙇‍♀️器可以(yǐ)有效解決這(zhe)個問題。再次(ci),浮子流量計(ji)的正确檢測(cè)需要垂直穩(wěn)定流場,對進(jìn)、出口管🏃‍♀️道同(tóng)軸度和工作(zuo)台面的垂直(zhí)度要👣求比較(jiào)嚴格。通過水(shuǐ)平泡調節工(gōng)作台面的⭕水(shuǐ)平度,可保證(zhèng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼被檢流量計(jì)的傾斜度小(xiao)于2°。
 
2..3裝置控制(zhi)系統設計
　　裝(zhuāng)置控制部分(fen)主要包括夾(jiá)緊力控制系(xi)統、換向器控(kong)制系統和稱(chēng)重控制系統(tǒng)(圖2),獲取電子(zi)稱讀數、控制(zhì)夾表器💘、控制(zhi)換向器動作(zuo)、控制底閥開(kāi)關、脈沖計✏️數(shù)等由計算機(jī)☁️完成。在夾緊(jin)力控制系統(tǒng)的設計,上,考(kǎo)慮到被檢浮(fú)子流量計容(róng)易損壞,在每(mei)🐕個夾表器.上(shàng)安裝夾緊🧑🏾‍🤝‍🧑🏼力(li)傳感器(夾緊(jǐn)力測試儀💜1和(he)夾緊力測試(shi)儀2)。當夾緊力(lì)過大時,由計(jì)算機進行夾(jia)緊力超限報(bào)警,提示操作(zuò)人員停止🔴夾(jia)緊動作🌍;換向(xiang)器控制系統(tǒng)中,換向器是(shì)液體💘流量裝(zhuang)置的重要組(zǔ)成部分,其㊙️不(bú)确定度大小(xiao)對裝置‼️整體(tǐ)合成不确定(dìng)度有較大影(ying)響1011)影響換向(xiang)器精度的主(zhǔ)要因素是實(shí)際注水時‼️間(jian)和觸發光電(diàn)信号所産生(sheng)時間之間的(de)誤差凹本裝(zhuang)置采用步進(jìn)電機驅動分(fèn)水㊙️器✍️換向,由(yóu)PLC發送脈沖控(kòng)制電機轉速(su)、加速度和轉(zhuan)動角度。通過(guò)🔞PLC的高速脈沖(chong)輸出通道,向(xiang)換向器的步(bù)進電機驅動(dong)器按照勻加(jia)速-定速勻減(jiǎn)速的方式發(fa)送脈沖,換向(xiang)器電機帶着(zhe)換向器導流(liú)體進行加速(sù)-勻速-減速的(de)運行。控制換(huan)向器運動,保(bao)證裝置不确(què)定度水平;稱(cheng)重☎️控制系統(tong)中,裝置主标(biāo)準器精度高(gao)電子秤通過(guò)485通信❤️模式,将(jiang)傳感器⭐讀數(shù)傳輸至PLC控制(zhi)器,實現實時(shí)數據采集🏒。
 
2.4裝(zhuāng)置連接系統(tong)設計
　　浮子流(liu)量計檢定裝(zhuang)置和液體流(liú)量裝置連接(jiē)後的系統示(shì)㊙️意圖如圖3,組(zǔ)合裝置由儲(chu)水系統、水源(yuán)循環穩壓系(xì)統、變頻⭐調速(su)系統、裝夾表(biao)系統、水流換(huàn)向系統、計算(suan)機控制🤞系統(tong)、标準器和儀(yi)表檢定管線(xiàn)系統組成。在(zài)水流量裝置(zhi)管段前後安(ān)裝三通閥和(he)預留㊙️旁路,通(tong)過控制三通(tong)閥實現水流(liú)在試🔅驗管路(lu)和旁🈚路之間(jian)的切換,三通(tōng)閥的一端分(fen)别通過軟管(guan)與可移動浮(fu)子流量計檢(jiǎn)定裝置的人(ren)、出口相連,形(xíng)成浮子流量(liàng)計檢定回路(lu)。浮子流量計(ji)檢定裝置和(hé)液體流量裝(zhuāng)置連接成高(gao)效組合裝置(zhi),将水平流場(chǎng)轉換成适合(hé)浮子流量計(ji)檢定的垂直(zhí)流場。
 
3浮子流(liú)量計檢定裝(zhuāng)置的不确定(ding)度分析
　　依據(jù)JJG164-2000液體流量标(biao)準裝置檢定(ding)規程對浮子(zǐ)流量計檢定(dìng)裝置進行不(bu)确定度評定(dìng)叫。不确定度(dù)分量主要包(bao)括計時器、電(diàn)子秤和換向(xiàng)器。利用北京(jing)計量院水流(liú)量标準裝置(zhì)作爲🐪動力源(yuán),對研發的浮(fú)子流量計檢(jiǎn)定裝置進行(hang)不确定度評(píng)定。換向器在(zai)水流量标準(zhun)裝置各組成(cheng)部分中極爲(wei)關鍵,在整個(ge)裝置不㊙️确定(ding)度中占有相(xiàng)當比重,是整(zhěng)個裝置不确(què)定☁️度的主要(yao)來源,本文采(cai)用行程差法(fǎ)對換向器換(huàn)人/換出重複(fu)性誤差進行(háng)測量。浮子流(liú)量計檢定裝(zhuang)置各不确定(ding)度分量評定(dìng)結果見表4和(he)表5。
 
　　依據JJG164-2000,浮子(zǐ)流量計檢定(dìng)裝置的合成(cheng)不确定度u=0.1095%,裝(zhuāng)置⭐的擴展不(bú)确💛定度
U=k·u=2.23x0.1095%=0.2441%~0.25%(k-=2.23)。
　　1.0級爲(wèi)浮子流量計(ji)的最高精度(du)等級,浮子流(liu)量計檢🧑🏽‍🤝‍🧑🏻定裝(zhuāng)置的擴展不(bú)确定度應優(you)于被檢流量(liàng)計最大🎯允許(xǔ)誤差的1/2日。組(zu)合裝置擴展(zhan)不确定度0.25%,滿(man)足最高等級(ji)浮子流量檢(jiǎn)定要🆚求。
4解決(jue)的問題
　　本文(wén)解決的問題(tí)包括:
1)采用電(dian)動數控換向(xiang)器技術,解決(jué)移動裝置在(zài)現場應用時(shí),由于不具備(bèi)壓縮空氣,帶(dai)來的換向稱(cheng).重系統無🙇🏻法(fa)使用的問題(tí)。
2)采用帶有夾(jiá)緊力超限報(bào)警功能的手(shou)動夾表器,解(jiě)🐉決玻璃管浮(fú)子流量計夾(jiá)裝過程中,容(róng)易被夾表器(qi)🔞損壞的問❗題(tí)
3)解決了多種(zhong)工作介質浮(fú)子流量計的(de)檢測問.題本(běn)裝☔置可💜與各(ge)種裝置包括(kuo)水流量、油流(liu)量、高黏液體(tǐ)⭐流量等連通(tōng),實現各種浮(fú)🏃🏻子流量計包(bao)括玻璃浮子(zi)流量計、金屬(shǔ)浮子流量計(ji)和塑料浮子(zǐ)流量計等.的(de)在線檢測,無(wu)需刻度💯換算(suan)和粘度修正(zheng)。
4)提高了檢測(ce)效率。裝置設(she)計2個被檢表(biao)台位,每個台(tai)位都有‼️各自(zì)的開關閥和(hé)流量調節閥(fa)。相.互獨立、互(hu)不影響,在檢(jian)測一台流量(liang)計的同時可(ke)以更換另一(yī)台位的😄被檢(jiǎn)表。
5結束語
　　一(yī)種可移動拆(chai)卸方便、可快(kuài)速組合的浮(fu)子流量計檢(jian)定裝置,爲保(bǎo)證測量精度(dù)采用電動換(huàn)向器減少換(huàn)人/換出行程(cheng)差和重複性(xing)誤差,爲避免(miǎn)浮子流量計(ji)被夾碎設計(ji)了夾緊力報(bào)警功能。實驗(yàn)結果表明🌐,組(zu)合裝置的不(bú)确定度(U=0.25%,k=2.23)可有(you)效㊙️滿足DN15~DN50,流量(liang)範圍0.006~16m3/h浮子流(liu)量計的實驗(yan)室和現場檢(jiǎn)定需求。

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