摘要:一套(tao)氟氣流量測量裝(zhuāng)置,該裝置不僅提(tí)高了氟氣✍️流量測(cè)量精度而且提高(gao)了氟氣利用率。首(shǒu)先分析了
熱式質(zhi)量流量計
的工作(zuò)原理,根據工作原(yuán)理和工藝需求。通(tōng)過測試各⭕項指👣标(biao)滿♈足技術要求;然(ran)後通過黃金分割(gē)法,編寫C語言程序(xù),計算最優流量系(xi)數,并通過試驗數(shu)據可知該氣動調(diào)節閥滿足工藝需(xū)求。該裝置應用于(yú)提高了氟氣流量(liang)的👈測量精度,而且(qiě)提高了産品質量(liang),減少了核材料浪(làng)費。
氟氣流量是核(hé)燃料循環中相關(guān)産品生産的一個(ge)重要🍉參數,在🌏生産(chǎn)工藝流程中氟氣(qì)流量的準确測💰量(liàng),不僅影🍉響産㊙️品質(zhi)量而且可避免氟(fu)氣的浪費。本文根(gēn)據實際需要自主(zhu)🐕設計了氟氣流量(liang)計,并委托生産樣(yang)機,在技術性能指(zhǐ)标滿足要求後應(ying)用于實🧑🏽🤝🧑🏻際生産。
1 流(liú)量測控裝置的結(jie)構
氟氣流量測控(kòng)裝置由氟氣流量(liang)計
、氣動薄膜調節(jiē)閥、氟氣罐、電磁閥(fá)和DCS系統等組成;DCS系(xì)統硬件㊙️由ABB公㊙️司AC800F控(kòng)制器[3]、現場I/O卡件、工(gōng)程師站,軟件由CoNTroL BUiLDF軟(ruǎn)件和DigVis軟件組成,裝(zhuāng)置結構如圖1所示(shì)。
2 氟氣流量測量裝(zhuang)置核心部件的設(shè)計
該測量裝置核(he)心部件包括氟氣(qì)流量計和氣動薄(báo)膜♍調節閥。
2.1 氟氣流(liú)量計
目前,廣泛應(yīng)用的流量計,大多(duō)數測量的是體積(jī)流量。由于溫度💞、壓(yā)力等環境條件都(dōu)會在一定程度上(shàng)♋影響流體的體積(jī),當外在的溫度、壓(yā)力等環境條件改(gai)變時,需要對體積(ji)流量進行換算,但(dàn)當溫度、壓力頻繁(fan)變化🌈時,進行及時(shi)換算很難實現。因(yin)此選擇質⭕量流量(liang)計。
2.1.1 氟氣流量計技(ji)術指标
根據工藝(yi)需求,推出氟氣流(liú)量計,技術指标如(ru)下:
1)質量流量的實(shi)時測量;
2)溫度補償(cháng)功能,快速進行溫(wen)度補償;
3)數據的采(cǎi)集、處理、存儲等功(gong)能;
4)該流量計采用(yong)量熱式質量流量(liàng)計工作原理,薄壁(bi)測🌏量管采用蒙乃(nǎi)爾400合金或者哈氏(shì)合金,防止氟氣将(jiāng)薄壁測量管腐蝕(shí),造成氟氣洩露,損(sǔn)壞傳感器,影響測(cè)量精度;
5)該流量計(ji)測量範圍[0,300]NL/h,精度1.0級(ji),現場顯示瞬時流(liú)量和🤞累㊙️積流量,傳(chuan)輸信号[4,20]mA,連接方式(shì)焊接;
6)該流量計采(cai)用氟氣和氮氣進(jìn)行标定,提供氟氣(qì)和氮氣的标定☀️數(shù)據曲線,并具有氟(fu)氣和氮氣流量測(ce)量的切換🌈功能⛱️。主(zhu)要目的,采用氟氣(qi)标定後的流量計(ji)可以🤟準确測量氟(fú)氣流量的真實值(zhí)🔅,采用氮氣标定,該(gai)流量計可以用✔️于(yu)國内計量院校準(zhun),解決國内計量院(yuàn)沒有氟氣流量校(xiao)準裝置等問題;
7)将(jiang)該流量計送至國(guó)内省級以上的檢(jiǎn)定部門進行校準(zhǔn),校準介質氮氣,校(xiao)準結果合格;
流量(liàng)計研制:
2.1.2 氟氣流量(liang)計測試
該流量計(jì)硬件電路采用單(dān)片機爲核心,外部(bu)擴展存儲🌍模塊,通(tōng)信模塊和I/O模塊組(zǔ)成運算及控制電(diàn)路✏️,滿足📱質量流量(liàng)的實時測量以及(ji)實現數據的采集(jí)、處理、存儲等功能(neng);由技術手冊[5]可知(zhī),該流量計傳感器(qi)中薄壁測量管采(cai)🏃用蒙乃爾♻️400合金;測(cè)量範圍[0,300]NL/h,精度1.0級,現(xiàn)場顯示瞬時流量(liang)和累積流量值,傳(chuán)輸信号[4,20]mA,連☀️接方式(shì)焊接。
(1)用氟氣和氮(dàn)氣進行标定及标(biao)定曲線
根據技術(shu)要求,分别采用氟(fú)氣和氮氣進行标(biao)定,并✉️可以通過參(can)數設定修改模式(shi),此外提供标定曲(qǔ)線,标定🌈曲線如圖(tu)3。
曲線分析:氟氣(qì)比熱容CP=827.67J/(kg?K),氮氣比熱(re)容CP=1038J/(kg?K),根據流量計算(suan)公💛式[4]可知,相同流(liu)量下,比熱容與平(píng)均溫度成正比,比(bi)熱容越🐉大對應電(diàn)壓值就越大,由氟(fu)氣和氮氣标定曲(qu)線可知理論分析(xī)和廠家提供數據(ju)曲線吻合。
(2)熱氟氣(qi)流量計校準
根據(ju)技術要求,将氟氣(qi)流量計送至省級(ji)以上計量📐院♍進⭕行(háng)校準,量程[0,300]NL/h精度等(deng)級1.0級。校準結果如(ru)表1。
根據氟氣流量(liang)計合格證提供信(xìn)息得知,該流量計(ji)的最大引用誤差(chà)±1.0%,最大相對誤差是(shi)±2.0%,由校準數據可💋知(zhī)相㊙️對誤差和引用(yòng)誤差都在要求範(fàn)圍之内,因此該流(liú)量計是合格的。
(3)溫(wēn)度補償測試
在上(shàng)章節中提到,新定(dìng)制樣機具有溫度(du)補償功能。根據氟(fu)氣流量計說明書(shu)可知,該流量計采(cǎi)用的是數字化溫(wēn)度補⛷️償法,該方📧法(fǎ)采用恒流法測量(liàng)電路,将溫度信号(hao)轉🙇🏻換成電❌流信号(hao)☔,通過高精度的AD轉(zhuan)換電路,将電流信(xin)号轉換成數字✂️信(xìn)号送入♉單片機,通(tong)過補償算法進行(hang)補償。該方法通過(guò)算法進行溫度♉補(bu)償,避免了模㊙️拟電(dian)路的固有☂️問題,提(ti)高了補償精度。
将(jiang)新定制的流量計(jì)安裝在溫度波動(dòng)引起誤差測試平(píng)🔴台中,按照測試方(fang)法進行測試,取100NL/h作(zuo)爲觀測點,每個🚩觀(guān)測🧑🏾🤝🧑🏼點進行6次重複(fú)📧性測量,不确定度(dù)評定符合A類評定(ding)[6],結果如表2。
則溫度(du)波動引入标準不(bú)确定度U(Ts)=0.41NL/h,其自由度(dù)24。
當置信水平爲95%時(shí),自由度爲23,查T分布(bu)表得包含因子k=1.714其(qí)🔞擴展标準不确定(ding)U(T)=U(Ts)×k=0.7NL/h。
小結:該系統最大(da)允許誤差6.0NL/h,則U(T)<6.0NL/h×1/3,該測(ce)量系統溫度波動(dong)❓引入誤差✨小于最(zuì)大允許誤差,因此(ci)溫度補償降低了(le)溫度波動✨時引🏃♀️起(qǐ)測👅量誤差。
2.2 氣動薄(bao)膜調節閥
在生産(chǎn)線中,調節閥流量(liàng)系數選擇不合适(shì),造成調節閥震蕩(dang)大降低了控制精(jing)度,降低氟氣的利(lì)用率🈚。
(1)調節閥流量(liang)系數的定義及計(jì)算公式
調節閥的(de)流量系數,是調節(jie)閥的重要參數,它(tā)反映調節閥通過(guò)流體的能力,也就(jiu)是調節閥的容量(liàng)[7]。流🧑🏽🤝🧑🏻量系數分爲,英(yīng)制單位CV和國際單(dan)位KV,CV爲英制單位的(de)🏃🏻流量系數,其換💜算(suan)關系:CV≈1.16KV。
通過查閱資(zī)料[8],氣體(壓力小于(yu)10Mpa)流量系數的計算(suan)公式如下:
式中:
KV———流(liu)量系數;
P1———閥入口絕(jue)對壓力Kpa;
P2———閥出口絕(jué)對壓力Kpa;
Qg———氣體最大(da)流量Nm3/h;
G———氣體比重(氟(fu)氣=1.31);
t———氣體溫度℃。
在生(shēng)産過程中,氟氣罐(guan)中氟氣壓力範圍(wéi)[60,350]Kpa,閥後壓力範圍20Kpa左(zuǒ)右,選擇公式2。
(2)流量(liàng)系數計算
根據要(yao)求,氟氣最大流量(liang)Qg=300NL/h,G=1.31;t=23℃;氟氣滿罐時:P表1=350Kpa,P大(dà)氣=84Kpa,因此P11=P表1+P大✌️氣=434Kpa;将(jiāng)♊數據帶入公式2得(dé):
KV1=0.0136
氟氣空罐時:P表1=60Kpa,P大(dà)氣=84Kpa,因此P11=P表1+P大氣=144Kpa;将(jiāng)數據帶入公式💚得(de):
KV2=0.0409
則流量系數KV的取(qu)值範圍[0.0136,0.0409],利用黃金(jīn)分割法,通過C語言(yan)編寫程序求解KV最(zuì)優值,流程如圖4所(suo)示。
由C語言程序得(de)出KV最優值爲0.016 82,将該(gai)數據帶入上述公(gong)式中,當📞閥前壓力(li)434Kpa時最大流量Qmax1爲372NL/h,當(dāng)閥前壓力144Kpa時最大(dà)流量Qmax2爲❄️124NL/h,滿足工藝(yi)👄要求。
3 結束語
通過(guò)推出氟氣流量計(jì),解決了氟氣流量(liàng)測量誤差大✍️、氟氣(qi)利用率低等問題(tí),間接提高産品質(zhi)量,減少核材料的(de)浪費。該氟氣流🙇♀️量(liàng)測量裝置爲今後(hòu)流量🌈計、氣動薄膜(mo)調節閥的流量系(xì)數選擇提供理論(lùn)依據。
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