摘(zhāi)要：一套(tao)氟氣流(liu)量測量(liàng)裝置，該(gai)裝置不(bú)僅提高(gāo)了🔴氟氣(qì)⚽流量測(ce)量精度(dù)而且提(tí)高了氟(fu)氣利用(yong)率。首先(xian)分析了(le) 熱式質(zhi)量流量(liang)計 的工(gōng)作原理(li)，根據工(gōng)作原理(lǐ)和工藝(yi)需求。通(tong)過測試(shi)各項指(zhǐ)标滿足(zú)技術要(yào)求；然後(hòu)通過黃(huáng)金分割(gē)法，編寫(xie)C語🔅言程(chéng)序，計算(suàn)最✔️優流(liu)量系數(shu)，并通過(guò)試驗數(shù)據可知(zhi)該📞氣動(dòng)調節閥(fa)滿足工(gong)藝需求(qiú)。該裝置(zhi)應用于(yu)🔴提高了(le)氟氣流(liu)量的🏃🏻‍♂️測(cè)量精度(du)，而且提(tí)高了産(chǎn)品質量(liang)，減少了(le)核⛹🏻‍♀️材料(liào)浪費。
　　氟(fu)氣流量(liàng)是核燃(ran)料循環(huan)中相關(guān)産品生(sheng)産的一(yī)個重要(yào)參數，在(zài)生産工(gōng)藝流程(chéng)中氟氣(qì)流量的(de)準确測(ce)📞量，不💰僅(jǐn)影響産(chǎn)品質量(liàng)而且可(ke)避免氟(fu)氣的浪(làng)費。本文(wén)根據實(shi)際需🌍要(yao)自主設(shè)計了氟(fu)氣流💛量(liàng)計，并委(wei)托生産(chǎn)樣機，在(zai)技術性(xing)能指标(biao)滿足要(yào)求後應(ying)用于實(shi)際生産(chan)。
1　流量測(ce)控裝置(zhi)的結構(gòu)
　　氟氣流(liu)量測控(kòng)裝置由(yóu)氟氣流(liú)量計 、氣(qi)動薄膜(mo)調節閥(fá)、氟氣罐(guan)、電磁閥(fa)和DCS系統(tǒng)等組成(chéng)；DCS系統硬(yìng)件由ＡBB公(gong)司ＡC800Ｆ控制(zhi)器［3］、現場(chǎng)I/O卡件、工(gōng)程師站(zhàn)，軟件由(yóu)‼️CoNTroL　BUiLDＦ軟件🈲和(he)DigVis軟件組(zǔ)成，裝置(zhì)結構如(rú)圖1所示(shi)。

2　氟(fú)氣流量(liang)測量裝(zhuāng)置核心(xin)部件的(de)設計
　　該(gāi)測量裝(zhuang)置核心(xin)部件包(bāo)括氟氣(qi)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(dà)多數測(cè)量的是(shì)體積流(liu)量。由于(yu)溫度、壓(ya)力等環(huan)境條件(jiàn)都會在(zai)一定程(cheng)度上影(ying)響流體(ti)的體⭕積(ji)，當✏️外在(zài)的溫度(du)、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(suan)，但當溫(wēn)度、壓力(lì)頻繁變(biàn)化💯時，進(jin)行及時(shi)換算很(hen)難實現(xian)。因此選(xuǎn)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(gong)藝需求(qiu)，推出氟(fú)氣流量(liang)計，技術(shù)指标如(ru)下：
1）質量(liàng)流量的(de)實時測(cè)量；
2）溫度(du)補償功(gong)能，快速(sù)進行溫(wēn)度補償(chang)；
3）數據的(de)采集、處(chu)理、存儲(chu)等功能(néng)；
4）該流量(liang)計采用(yòng)量熱式(shi)質量流(liu)量計工(gong)作原理(lǐ)，薄壁測(cè)量管采(cai)用蒙乃(nǎi)爾400合金(jīn)或者哈(hā)氏合金(jin)，防止氟(fú)氣将薄(bao)壁測量(liang)管✊腐蝕(shí)㊙️，造成氟(fu)氣洩露(lu)，損壞傳(chuan)感器，影(ying)👄響測量(liàng)精度；
5）該(gai)流量計(ji)測量範(fan)圍［0，300］NL/ｈ，精度(dù)1.0級，現場(chǎng)顯示瞬(shùn)時流量(liàng)和累積(ji)流量，傳(chuan)輸信号(hao)［4，20］mA，連接方(fāng)式焊接(jiē)；
6）該流量(liàng)計采用(yong)氟氣和(he)氮氣進(jìn)行标定(dìng)，提供氟(fú)氣和氮(dàn)✍️氣的⁉️标(biao)定數據(ju)曲線，并(bìng)具有氟(fu)氣和氮(dan)氣流量(liang)測量的(de)切換功(gong)能。主要(yào)目的，采(cǎi)用氟氣(qi)标定後(hou)的流量(liang)計可以(yi)準确測(ce)量氟氣(qi)流量的(de)真實值(zhí)，采用氮(dàn)氣标定(dìng)，該流量(liang)計可以(yi)用于國(guó)内計量(liàng)院校準(zhǔn)，解決國(guo)内🈲計量(liang)院沒有(yǒu)氟氣流(liu)量校準(zhun)裝置等(deng)問題；
7）将(jiāng)該流量(liang)計送至(zhi)國内省(shěng)級以上(shang)的檢定(ding)部門進(jìn)行校準(zhun)，校準介(jiè)質氮氣(qi)，校準結(jié)果合格(ge)；
流量計(jì)研制：
2.1.2　氟(fu)氣流量(liàng)計測試(shi)
　　該流量(liàng)計硬件(jian)電路采(cai)用單片(piàn)機爲核(he)心，外部(bu)擴展存(cún)🐆儲模塊(kuai)，通信模(mó)塊和I/O模(mó)塊組成(chéng)運算及(ji)控制電(dian)路，滿足(zu)質量流(liú)量🌈的實(shí)時測量(liàng)以及實(shi)現數據(jù)的采集(jí)、處理、存(cún)☎️儲等功(gong)能；由技(jì)術手冊(ce)［5］可知，該(gāi)📐流量計(ji)傳感器(qì)中薄壁(bì)測量管(guan)采用蒙(méng)乃爾400合(he)金；測量(liang)範圍［0，300］NL/ｈ，精(jīng)度1.0級，現(xiàn)場顯示(shì)瞬時流(liú)量和累(lei)積流量(liàng)值，傳輸(shu)信号［4，20］mA，連(lian)🔱接方式(shi)焊接⭐。
（1）用(yong)氟氣和(hé)氮氣進(jìn)行标定(dìng)及标定(ding)曲線
　　根(gēn)據技術(shu)要求，分(fèn)别采用(yòng)氟氣和(hé)氮氣進(jin)行标定(dìng)，并可以(yi)通過參(can)數設定(ding)修改模(mo)式，此外(wai)提供标(biāo)定曲線(xiàn)，标定曲(qu)線如圖(tu)3。


　　 曲線(xiàn)分析：氟(fu)氣比熱(re)容CP＝827.67J/（kg?K），氮氣(qi)比熱容(róng)CP＝1038J/（kg?K），根據流(liu)量計算(suan)💞公式［4］可(ke)知，相同(tóng)流量下(xia)，比熱容(róng)與平均(jun1)溫度成(cheng)正比，比(bǐ)熱容越(yue)大對應(ying)電壓值(zhí)就越大(dà)，由氟氣(qì)和氮氣(qi)标🌈定曲(qu)線可知(zhi)理論分(fèn)析⚽和廠(chang)家提供(gòng)數據曲(qu)線吻合(he)。
（2）熱氟氣(qi)流量計(jì)校準
　　根(gen)據技術(shu)要求，将(jiang)氟氣流(liu)量計送(sòng)至省級(ji)以上計(ji)量院進(jìn)行校準(zhun)，量程［0，300］NL/ｈ精(jing)度等級(jí)1.0級。校準(zhǔn)結果如(rú)表1。

　　根據(jù)氟氣流(liu)量計合(hé)格證提(tí)供信息(xī)得知，該(gāi)流量計(jì)的最大(dà)💛引🥰用誤(wù)差±1.0％，最大(da)相對誤(wu)差是±2.0％，由(you)校準數(shu)據可知(zhī)相對誤(wù)差和引(yin)用誤差(chà)都在要(yao)求範圍(wéi)之内，因(yīn)此🐆該流(liu)量👅計是(shì)合格的(de)。
（3）溫度補(bu)償測試(shi)
　　在上章(zhāng)節中提(ti)到，新定(dìng)制樣機(jī)具有溫(wen)度補償(chang)功能。根(gēn)據氟氣(qì)流量計(jì)說明書(shū)可知，該(gai)流量計(ji)采用的(de)是數字(zi)化溫度(dù)補償法(fǎ)，該方法(fa)采用恒(héng)流法測(cè)量電路(lu)，将溫度(dù)信号轉(zhuan)換成電(diàn)流信号(hao)，通過高(gāo)精度的(de)ＡD轉換電(dian)路，将電(diàn)🔴流信号(hao)轉換成(chéng)數字信(xin)号送入(rù)單片機(jī)，通🍉過補(bu)償算法(fǎ)🤞進行補(bǔ)償。該方(fāng)法通過(guo)算法進(jìn)行溫度(du)補償，避(bì)免了💯模(mo)📱拟電路(lu)的固有(you)問題，提(tí)高了補(bu)償精度(du)。
　　将新定(dìng)制的流(liú)量計安(ān)裝在溫(wen)度波動(dòng)引起誤(wu)差測試(shi)平台📞中(zhōng)，按照測(cè)試方法(fǎ)進行測(ce)試，取100NL/ｈ作(zuò)爲觀測(cè)點，每個(ge)觀測點(dian)進行6次(ci)⭐重複性(xìng)測量，不(bú)确定度(dù)評定符(fú)合Ａ類評(píng)定［6］，結果(guo)如表2。


　　則(zé)溫度波(bō)動引入(ru)标準不(bú)确定度(du)U（Ts）＝0.41NL/ｈ，其自由(yóu)度24。
　　當置(zhì)信水平(ping)爲95％時，自(zì)由度爲(wèi)23，查T分布(bù)表得包(bao)含因子(zi)ｋ＝1.714其擴展(zhǎn)标準不(bu)确定U（T）＝U（Ts）×ｋ＝0.7NL/ｈ。
小(xiao)結：該系(xi)統最大(da)允許誤(wù)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(chà)🆚小于最(zuì)大允許(xu)誤差，因(yīn)此溫度(dù)補償降(jiang)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼低了溫(wēn)度波動(dong)🔅時引起(qǐ)測量誤(wu)差。
2.2　氣動(dòng)薄膜調(diào)節閥
　　在(zài)生産線(xiàn)中，調節(jiē)閥流量(liang)系數選(xuǎn)擇不合(hé)适，造成(chéng)調節閥(fá)⛹🏻‍♀️震蕩大(da)降低了(le)控制精(jīng)度，降低(di)氟氣的(de)利用率(lü)⭕。
（1）調節閥(fá)流量系(xì)數的定(dìng)義及計(jì)算公式(shì)
　　調節閥(fa)的流量(liang)系數，是(shi)調節閥(fa)的重要(yào)參數，它(tā)反映調(diao)節閥通(tōng)㊙️過流體(ti)的能力(lì)，也就是(shì)調節閥(fá)的容量(liang)［7］。流量系(xì)數分爲(wèi)，英🔅制單(dan)🎯位CV和國(guo)際單位(wei)KV，CV爲英制(zhi)單位的(de)流量系(xì)數，其換(huàn)算關系(xi)：CV≈1.16KV。
通過查(chá)閱資料(liao)［8］，氣體（壓(yā)力小于(yú)10Mpa）流量系(xì)數的計(jì)算公式(shì)如下💃🏻：

式(shi)中：
KV———流量(liàng)系數；
P1———閥(fá)入口絕(jue)對壓力(li)Kpa；
P2———閥出口(kǒu)絕對壓(yā)力Kpa；
Qg———氣體(tǐ)最大流(liu)量Nｍ3/ｈ；
G———氣體(tǐ)比重（氟(fú)氣＝1.31）；
t———氣體(tǐ)溫度℃。
　　在(zài)生産過(guò)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(shì)2。
（2）流量系(xi)數計算(suan)
　　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(qì)＝84Kpa，因此P11＝P表(biao)1＋P大氣＝434Kpa；将(jiang)數據帶(dài)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(biǎo)1＋P大氣＝144Kpa；将(jiang)數據帶(dai)入公式(shì)得⚽：
KV2＝0.0409
　　則流(liu)量系數(shù)KV的取值(zhi)範圍［0.0136，0.0409］，利(lì)用黃金(jīn)分割法(fa)，通過C語(yǔ)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(yu)言程序(xu)得出ＫV最(zuì)優值爲(wei)0.016　82，将該數(shù)據帶入(rù)上述公(gōng)👨‍❤️‍👨式中，當(dāng)閥🔱前壓(yā)力434Kpa時最(zui)大流量(liang)Ｑmax1爲372NL/ｈ，當閥(fa)前壓力(li)144Kpa時最💛大(dà)流量Ｑmax2爲(wei)⭕124NL/ｈ，滿足工(gong)藝要求(qiu)。
3　結束語(yu)
　　通過推(tui)出氟氣(qì)流量計(ji)，解決了(le)氟氣流(liú)量測量(liang)誤差大(da)、氟氣🔴利(li)用率低(di)等問題(tí)，間接提(ti)高産品(pin)質量，減(jiǎn)少💚核材(cái)料的浪(làng)費。該氟(fú)氣流🛀量(liàng)測量裝(zhuang)置爲今(jīn)後流量(liang)計、氣動(dong)薄膜調(diào)節閥的(de)流量系(xi)🏃數選擇(ze)🌐提供理(lǐ)論依據(ju)。

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