摘要(yào):針對建設專(zhuān)用裝置檢定(ding)浮子流量計(jì) ,場地占用大(da)且無法滿足(zú)實流檢定的(de)問題,一種流(liú)量㊙️範圍⭐爲0.006~16m3/h的(de)可移動浮子(zi)流量計檢定(dìng)裝置。裝置原(yuan)理爲靜态質(zhì)量法,1台150kg的精(jīng)度電子秤爲(wei)主标準器。用(yong)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(guan)在安裝過程(cheng)中損壞的可(ke)能性。采用液(ye)體流量标準(zhun)裝置檢定規(guī)程中的方法(fǎ)對整套裝置(zhi)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(yǒu)👄方便移動💛、可(kě)拆卸、可快速(sù)組合的特點(dian),能夠滿☎️足精(jing)🔞度等級1.0級及(jí)以下浮子流(liu)✌️量計實驗室(shi)或👣現場校準(zhun)的需求。
0引言(yán)
　　浮子流量計(jì)是一種使用(yòng)簡單、讀數方(fang)便的瞬時體(ti)積流量測量(liang)儀表,适用于(yú)低流速液體(ti)流量特别是(shi)低雷諾數情(qing)況下的微小(xiao)💛流量測量:工(gong)況"。因其結構(gou)簡單、工作可(kě)靠、流量穩🏃🏻定(ding)、可測低流速(su)介質等優點(diǎn)明,浮子流量(liàng)計被廣泛用(yong)于電力、石化(huà)、化工、冶金、醫(yi)👣藥.環境保護(hù)、污水處理等(deng)領域。
　　浮子流(liu)量計工作介(jie)質自下而上(shàng)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(nei)各技術機構(gou)和企業現有(yǒu)水流量标準(zhun)♌裝置無法檢(jian)測浮子流量(liang)計,需建立專(zhuān)用檢🌏定裝置(zhì),場地占用大(dà)🐆且功能單♋一(yī)。另外,實驗室(shì)對浮子流量(liàng)計的檢定通(tong)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(bei)檢流量計工(gong)況條件下的(de)現場計量,對(duì)浮子流量計(jì)的檢測具有(you)重要意義。
　　本(běn)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(fú)子流量計檢(jian)定裝置,能夠(gòu)快速将水平(píng)流😘場轉換爲(wei)适于浮子⭐流(liu)量計檢定的(de)垂直流場,很(hen)好的🐉滿足了(le)多參數、多規(guī)格、各種液體(ti)工作介質浮(fú)子流量計的(de)現場和實驗(yàn)室檢測需求(qiu)。
1浮子流量計(jì)檢定裝置測(cè)量原理
　　流量(liang)标準裝置是(shi)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(guān)鍵環節。依據(ju)測量🔴:方法可(kě)将流量标準(zhǔn)裝置分爲靜(jing)态質量法、靜(jing)态容積法💰、動(dòng)态質量法和(he)動态容積法(fǎ)。本文設計的(de)浮子流量計(ji)檢定裝置爲(wei)⭐靜态質量标(biao)準裝置,流量(liàng)源恒壓,流量(liang)穩定,測量精(jīng)度高。靜态質(zhì)量法流量标(biāo)準裝置♉測❌量(liang)原理是将一(yi)定時間内通(tong)過流量計的(de)介質,經由換(huàn)向器全部導(dǎo)人置于稱量(liàng)标準器上的(de)容器中,然後(hòu)測量容器中(zhong)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(liàng)流量。數學模(mó)型爲
 
式中:Q一(yi)累積質量流(liú)量,kg/s;
qm一-瞬時質(zhì)量流量,kg/s;
m一測(ce):量時間内稱(cheng)量容器内的(de)液體質量示(shì)值,kg,
t,t1,t2一測量時(shi)間,s。
2浮子流量(liang)計檢定裝置(zhi)方案設計
2.1裝(zhuang)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(ling)域。以液體爲(wèi)例,口徑10mm以下(xià)玻璃管浮子(zǐ)流量計滿度(du)流量的名義(yì)管徑,流速隻(zhī)在0.2~0.6m/s之間,甚至(zhì)低于0.1m/s8。常用浮(fú)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(biao)2。
 
　　根據常用流(liú)量計口徑、精(jing)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(zhì)量法,流量範(fan)圍0.006~16m2/h,滿足常用(yòng)口徑DN15~DN50液體浮(fu)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(ying)優于被檢流(liú)量計最大允(yǔn)💜許誤差的1/2凹(ao)最高精度等(děng)級浮子流量(liang)計爲1.0級(表2),因(yīn)此組合裝置(zhi)的擴展不确(que)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(ying)<2°。爲了方便裝(zhuang)🐆置的移動、拆(chai)卸和高㊙️效組(zu)裝,整套裝置(zhi)高度應不超(chao)過2m。
 
2.2裝置結構(gou)設計
　　浮子流(liú)量計檢定裝(zhuang)置結構設計(jì)如圖1,其主體(ti)爲2個長方體(tǐ)框✔️架,由浮子(zǐ)流量計裝夾(jia)表系統和稱(chēng)量系統(含‼️水(shuǐ)流🥵換向系統(tong))組成。浮子流(liu)量計裝夾表(biao)系統中部爲(wei)工作台面,台(tái)面🔅一側安裝(zhuang)有水平尺,框(kuang)架底部安裝(zhuang)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(diào)節固定。進水(shui)管路上依次(cì)安裝有快速(sù)接頭🧑🏾‍🤝‍🧑🏼、開關閥(fa)、調節🤞閥和排(pai)水閥。裝置🌈上(shang)端設置手動(dong)夾表🔆器,實現(xian)被檢浮子流(liu)量計的安裝(zhuang)與拆卸。稱重(zhòng)系統🐅包🌍括換(huan)向器、稱量容(róng)器和電子秤(chèng)。稱重系💔統下(xia)部爲工作台(tái)面,同樣安裝(zhuang)水❓平尺、腳輪(lun)和可伸縮支(zhī)🌈腳,實✍️現被檢(jian)浮子流量計(ji)與稱重系統(tǒng)的連通。
　　裝置(zhì)設置2個檢定(ding)台位,DN25以下包(bao)括DN15、DN20和DN25爲一~條(tiao)管線,另一個(gè)爲DN32、DN40和DN50浮子流(liú)量計檢定台(tái)位。采用變換(huàn)管段的🔴方式(shi),在有👨‍❤️‍👨限的2個(gè)工🛀作台位上(shàng)覆蓋了DN15~DN50所有(yǒu)管徑浮子流(liú)量計的檢定(dìng)能力🌈。一個台(tai)位工作的同(tóng)時可在另一(yī)個台位安裝(zhuang)被檢表,可有(yǒu)效提高檢🌈定(dìng)效率。
　　機械設(she)計上,采用電(dian)動數控換向(xiàng)器和夾表器(qì)超限報警,提(ti)高🥰檢測過程(chéng)的自動化和(he)智能化程度(du)。首先,電動換(huan)向器控制精(jing)♍度高,且在現(xian)場不具備壓(yā)縮空氣的情(qing)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻況下仍👣可使(shi)用🏃🏻‍♂️。其次,在夾(jia)裝過👄程中,浮(fú)子流量計尤(you)其是無導向(xiang)🤩結構流量計(jì)的玻璃管極(ji)易被⭕氣動夾(jiá)表器夾碎,采(cǎi)用帶🔞有夾緊(jin)力超限報警(jing)功能的手動(dong)夾表🍓器可以(yǐ)有效解決👨‍❤️‍👨這(zhe)個問題。再次(ci),浮子流量計(jì)的正确檢測(ce)需要垂直穩(wen)定流場,對進(jin)、出口⚽管道同(tong)軸度和工作(zuò)台面的垂直(zhí)度要求💚比較(jiào)嚴格。通過水(shui)平泡調節工(gōng)作台面的水(shuǐ)平度,可保證(zhèng)被檢☀️流量計(ji)的傾斜度小(xiǎo)于2°。
 
2..3裝置控制(zhì)系統設計
　　裝(zhuang)置控制部分(fen)主要包括夾(jiá)緊力控制系(xi)統、換向器控(kòng)制系統和❌稱(chēng)重控制系統(tong)(圖2),獲取電子(zǐ)稱讀數、控🧡制(zhi)夾表器、控制(zhì)換向器動作(zuo)、控制底閥開(kai)關、脈沖計數(shu)等由計算機(ji)完成。在🚶夾緊(jin)力控制系統(tǒng)的設計,上,考(kao)慮到被檢浮(fu)子流量計容(róng)易損壞,在每(mei)個夾表器.上(shàng)安裝夾緊力(lì)傳感器(夾緊(jin)力測試儀❓1和(hé)夾緊力測試(shi)儀2)。當夾緊🛀🏻力(li)過大時,由計(jì)算機進行夾(jia)緊力超限⁉️報(bào)警,提示操作(zuo)人員停止夾(jiá)緊動作🥰;換向(xiang)器控制系👣統(tǒng)中,換向器是(shi)液體♻️流量裝(zhuāng)置的重要🔴組(zu)成部分,其🔅不(bu)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(xiàng)器✨精度的主(zhu)要因素是實(shi)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(zhuāng)置采用步進(jìn)電機驅動⚽分(fen)水器換向,由(you)PLC發送脈沖控(kong)制電機⭐轉速(sù)、加速度和轉(zhuǎn)動角度。通過(guo)PLC的高速脈沖(chòng)輸出通道,向(xiang)換向器的步(bu)進電機驅動(dong)器按照勻🍓加(jiā)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(liu)體進行加速(su)-勻速-減速的(de)運行。控制換(huàn)向器運動🎯,保(bǎo)證裝置不确(que)定度水平;稱(cheng)重控制系統(tong)中,裝置主标(biao)準器精度高(gāo)電子秤通過(guo)485通信模式🙇🏻,将(jiāng)傳感器讀數(shu)傳輸至PLC控制(zhì)器,實現實時(shi)數據采集。
 
2.4裝(zhuāng)置連接系統(tǒng)設計
　　浮子流(liu)量計檢定裝(zhuāng)置和液體流(liu)量裝置連接(jiē)後的系統示(shi)意圖如圖3,組(zu)合裝置由儲(chu)水系統、水源(yuán)循環👈穩壓⭕系(xì)統、變頻調速(sù)系統🧑🏾‍🤝‍🧑🏼、裝夾表(biǎo)系統、水流換(huàn)向系㊙️統、計算(suan)機控制系統(tǒng)、标準器和♻️儀(yi)表檢定管線(xian)系統組成。在(zài)水流量裝置(zhì)管段前後安(ān)裝三通👌閥和(hé)預留🔞旁路,通(tong)過控制三通(tōng)閥實現水流(liu)在試驗管路(lu)和旁🏃路之間(jiān)的切🌂換,三通(tōng)閥的一端分(fèn)别通過軟管(guǎn)與可移動浮(fu)子🔱流量計檢(jian)定裝置的人(ren)、出口相連,形(xing)成浮子流量(liang)計檢定回路(lu)。浮子流量計(jì)檢定裝置和(he)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(he)浮子流量計(ji)檢定的垂直(zhi)流場。
 
3浮子流(liu)量計檢定裝(zhuang)置的不确定(ding)度分析
　　依據(jù)JJG164-2000液體流量标(biāo)準裝置檢定(dìng)規程對浮子(zǐ)流量計檢定(dìng)裝✍️置進行不(bú)确定度評定(ding)叫。不确定度(du)分量主要包(bāo)括計😍時器、電(diàn)子秤和換向(xiàng)器。利用北京(jing)計量院水流(liu)量标準裝置(zhì)作爲動力源(yuan)🔴,對研發的浮(fu)子流量計檢(jian)定裝🤞置進行(háng)不💚确定度評(píng)定。換向器在(zai)水流量标準(zhǔn)裝置各組成(chéng)部分中🧑🏽‍🤝‍🧑🏻極爲(wèi)關鍵,在整個(ge)裝置不🔞确定(dìng)度中占有👌相(xiang)當比重,是整(zheng)☁️個裝置不确(què)定度的主要(yao)來源,本文采(cǎi)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(liu)量計檢定裝(zhuang)置各不确定(dìng)度分量評定(ding)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(zhuang)置的擴展不(bu)确💃🏻定度
U=k·u=2.23x0.1095%=0.2441%~0.25%(k-=2.23)。
　　1.0級爲(wei)浮子流量計(jì)的最高精度(dù)等級,浮子流(liú)量計檢定裝(zhuang)置的擴展不(bu)确定度應優(you)于被檢流量(liàng)計最大允許(xu)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(wen)解決的問題(tí)包括:
1)采用電(dian)動數控換向(xiàng)器技術,解決(jue)移動裝置在(zài)現場🐪應用🌈時(shi)🐅,由于🛀🏻不具備(bèi)壓縮空氣,帶(dai)來的換向稱(chēng).重系統無法(fa)使用的🤟問題(ti)🐅。
2)采用帶有夾(jiá)緊力超限報(bao)警功能的手(shǒu)動夾表器,解(jie)決💚玻璃管♉浮(fu)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(zhǒng)工作介質浮(fu)子流量計的(de)檢測問.題本(běn)裝置♈可與各(gè)種裝置包括(kuò)水流量、油流(liú)量、高黏液體(ti)流量⛱️等連✌️通(tong),實現各🌍種浮(fú)子流量計包(bāo)括玻璃浮子(zǐ)流量計、金屬(shu)浮子流量計(ji)和塑料浮子(zi)流量計等.的(de)在線檢測,無(wú)需刻度⭐換算(suan)和粘度修正(zhèng)。
4)提高了檢測(ce)效率。裝置設(shè)計2個被檢表(biǎo)台位,每個台(tái)位都🌂有各自(zi)🍉的開關閥和(he)流量調節閥(fá)。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(yi)台位的被檢(jian)表。
5結束語
　　一(yī)種可移動拆(chāi)卸方便、可快(kuai)速組合的浮(fu)子流量計💰檢(jiǎn)定🐆裝置,爲保(bǎo)證測量精度(du)采用電動換(huan)向器減少換(huan)人⁉️/換出行程(cheng)✉️差和重複性(xing)誤差,爲避免(miǎn)浮子流量計(jì)被夾🙇‍♀️碎設計(ji)了夾緊力報(bào)警🧡功能。實驗(yàn)結果表明,組(zǔ)合裝置的不(bú)确定度(U=0.25%,k=2.23)可有(yǒu)效滿足DN15~DN50,流量(liàng)😍範圍0.006~16m3/h浮子📐流(liú)量計的實驗(yàn)室和現場檢(jiǎn)定需求。

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