摘要:針對(duì)建設專用(yong)裝置檢定(dìng)浮子流量(liang)計 ,場地占(zhan)用大且無(wú)法滿足實(shi)流檢定的(de)問題,一種(zhǒng)流量範圍(wéi)爲0.006~16m3/h的可移(yi)動浮子流(liu)量計檢定(ding)裝置。裝置(zhì)原理爲靜(jìng)态🈲質量法(fa),1台150kg的精度(du)電子秤爲(wei)主标準器(qi)。用專用電(diàn)動換向器(qì),保證換向(xiang)同步性。設(she)計基于可(kě)編♌程邏輯(ji)控制器(PLC)的(de)控制系統(tong),通過對夾(jiá)表📧器夾緊(jǐn)力✨的實時(shí)監測,大幅(fú)度降低被(bèi)測浮子流(liu)量計玻璃(li)管🔴在安裝(zhuāng)過程中損(sǔn)壞的可能(néng)性。采用液(ye)體流量🏃🏻‍♂️标(biao)準裝置檢(jian)定規程中(zhong)👉的方法對(duì)整套裝🐪置(zhi)進行實驗(yàn)及⁉️不确定(dìng)度評定,得(de)到☎️其擴展(zhǎn)不确定度(du)爲0.25%(k=2)。裝置具(ju)有方便移(yi)動、可拆卸(xiè)、可快速組(zu)合🌍的特點(diǎn),能夠滿❓足(zú)精度等級(jí)1.0級及以下(xià)浮子流量(liang)計實驗室(shì)或現場校(xiao)準的需求(qiu)。
0引言
　　浮子(zi)流量計是(shi)一種使用(yòng)簡單、讀數(shu)方便的瞬(shun)時體積流(liu)量測🧑🏾‍🤝‍🧑🏼量儀(yí)表,适用于(yu)低流速液(yè)體流量特(te)别是💃低雷(léi)諾數情況(kuàng)下的微小(xiao)📞流量測量(liang):工況"。因其(qi)結構⭕簡單(dān)、工作可靠(kao)、流量穩定(dìng)、可測低流(liú)速😄介質等(děng)優點明,浮(fú)子流量計(jì)被廣泛用(yòng)于電力、石(shi)化、化工、冶(yě)金、醫💋藥.環(huán)境保護、污(wu)水處理等(deng)領域。
　　浮子(zǐ)流量計工(gōng)作介質自(zì)下而上流(liú)動,不能水(shui)平安裝。檢(jiǎn)定介質與(yu)刻度介質(zhi)不同時需(xū)要進行刻(kè)度換算和(hé)粘度修正(zhèng)。國内各技(ji)術機構和(he)企業現有(you)水流量标(biāo)準裝置無(wu)法檢測浮(fú)子流👨‍❤️‍👨量計(ji),需建立專(zhuan)用檢定裝(zhuang)置,場♍地占(zhàn)用大且功(gōng)能單👈一。另(ling)外,實驗室(shi)對浮子流(liú)量計的💁檢(jiǎn)定通常在(zai)水流量裝(zhuang)置🥰上進行(hang),無法模拟(nǐ)出實際⭐介(jiè)質條件。雖(sui)然實🌐驗室(shi)檢定可給(gěi)出儀表在(zài).标準條件(jiàn)下的計量(liang)❤️性能,但會(hui)因實際使(shǐ)用條🈲件、介(jiè)質的物性(xìng)參數甚至(zhi)介質本身(shen)的變化而(ér)帶來👄附加(jiā)誤差。因此(cǐ),研究可移(yi)動檢🐆定裝(zhuāng)置,實現被(bèi)♻️檢流量計(ji)工況條件(jiàn)下的現場(chǎng)計量,對浮(fu)子流量計(jì)的檢測具(jù)有重要意(yi)義。
　　本文建(jian)立了一套(tao)可移動、可(kě)與各種液(ye)體流量裝(zhuang)置高效🌈組(zu)合的浮子(zi)流量計檢(jian)定裝置,能(néng)夠快速将(jiāng)水平流場(chǎng)轉換爲适(shi)于浮子流(liú)量計檢定(dìng)的垂直流(liu)場,很好的(de)滿足了多(duō)參數、多規(gui)格、各種液(ye)體工作介(jie)質浮子流(liu)量計的現(xiàn)場和實驗(yan)室檢測需(xu)求🌈。
1浮子流(liú)量計檢定(dìng)裝置測量(liang)原理
　　流量(liàng)标準裝置(zhi)是流量儀(yi)表進行檢(jian)測完成量(liàng)值傳💛遞的(de)重要設備(bei),是保證流(liu)量儀表質(zhi)量的關鍵(jiàn)環節。依據(jù)測量:方法(fǎ)可将流量(liàng)标準裝置(zhì)分爲靜态(tài)質量法、靜(jing)态容積法(fa)🔞、動态質🆚量(liàng)法和動态(tai)容🛀積法。本(běn)文設👌計的(de)浮子流量(liang)計檢定裝(zhuāng)置爲靜态(tài)質量标準(zhun)裝置,流量(liàng)源恒壓✔️,流(liu)量穩定,測(ce)㊙️量精度高(gāo)。靜🌈态質量(liang)法流量标(biao)準裝置測(ce)量原理是(shì)将一定時(shí)間内通過(guo)流量計的(de)介質,經由(you)換向器全(quán)部導人置(zhi)于稱量标(biāo)準器上📐的(de)容器中,然(ran)後測😄量容(rong)器中介質(zhì)的✏️質量從(cóng)而得到流(liu)過流量計(jì)的介質質(zhi)量,再通過(guò)測量時間(jian)得到👈質量(liang)流量。數學(xue)模型爲
 
式(shi)中:Q一累積(jī)質量流量(liang),kg/s;
qm一-瞬時質(zhi)量流量,kg/s;
m一(yī)測:量時間(jian)内稱量容(róng)器内的液(yè)體質量示(shi)值,kg,
t,t1,t2一測量(liàng)時間,s。
2浮子(zǐ)流量計檢(jian)定裝置方(fang)案設計
2.1裝(zhuang)置設計指(zhǐ)标
　　浮子流(liú)量計被廣(guang)泛應用于(yú)小管徑、低(di)流速測流(liú)領域。以🤟液(yè)體🏃‍♀️爲例,口(kou)徑10mm以下玻(bō)璃管浮子(zǐ)流量計滿(man)度流量的(de)名義管徑(jìng),流⭐速隻✉️在(zài)0.2~0.6m/s之間,甚至(zhì)低于0.1m/s8。常用(yong)浮💔子流量(liàng)計口徑爲(wei)DN15~DN50,對應的流(liu)量範圍和(he)精度等級(jí)分别見表(biao)1和表2。
 
　　根據(jù)常用流量(liàng)計口徑、精(jing)度等級和(he)流量測量(liàng)範圍進🥰行(hang)裝置設計(jì),具體設計(ji)指标見表(biao)3。裝置設計(ji)采用測量(liàng)精度較高(gāo)♋的靜💚态質(zhì)量法,流量(liang)範圍0.006~16m2/h,滿足(zú)常用口徑(jing)DN15~DN50液體浮子(zi)流量計檢(jian)定需求。浮(fu)子流量計(jì)檢定🏃裝置(zhi)的擴展不(bu)确定度應(yīng)優于🈲被檢(jian)流量計最(zuì)大允📧許誤(wù)差的1/2凹最(zuì)高精度等(deng)級浮子流(liú)量💃🏻計爲1.0級(ji)(表2),因此組(zǔ)合裝置的(de)擴展不确(què)定度應優(yōu)于0.5%。爲保證(zhèng)✍️測量🤟正确(què)率,浮子流(liu)量計安裝(zhuang)傾斜角度(dù)應<2°。爲了方(fang)便裝置的(de)移動、拆卸(xiè)和高效組(zu)裝,整套裝(zhuang)置高度應(yīng)不超過2m。
 
2.2裝(zhuang)置結構設(shè)計
　　浮子流(liu)量計檢定(dìng)裝置結構(gou)設計如圖(tú)1,其主體爲(wèi)2個㊙️長方體(ti)框🌈架🤞,由浮(fu)子流量計(jì)裝夾表系(xì)統和稱量(liang)系統(含水(shuǐ)流🐕換向系(xì)統)組成。浮(fú)子流量計(jì)裝夾表系(xì)統中部爲(wèi)工作台面(miàn),台面一側(ce)安裝有水(shuǐ)✔️平尺,框架(jia)底☂️部安裝(zhuang)有4個腳輪(lún)和🙇🏻4條可伸(shēn)縮支腳便(bian)于裝置的(de)移動和調(diao)節固定。進(jin)水管路♊上(shang)依次安裝(zhuang)有快速接(jiē)頭🔅、開關閥(fa)、調節閥和(hé)排水閥。裝(zhuāng)置上端設(shè)置手動夾(jia)表器,實現(xian)被檢浮子(zi)流量計的(de)安裝與拆(chāi)卸。稱重系(xi)統包括換(huàn)向器、稱量(liang)容器和電(dian)子秤。稱重(zhong)系統下部(bu)爲💁工作台(tai)面,同樣安(ān)裝水⛷️平尺(chi)、腳輪和可(ke)伸縮支❤️腳(jiao),實現被檢(jiǎn)浮子流量(liàng)計與稱♻️重(zhong)系統的連(lian)通㊙️。
　　裝置設(shè)置2個檢定(ding)台位,DN25以下(xià)包括DN15、DN20和DN25爲(wei)一~條管線(xiàn),另一個🈲爲(wèi)🧡DN32、DN40和DN50浮子流(liu)量計檢定(dìng)台位。采用(yòng)變換管段(duàn)的💁方式,在(zài)有限的2個(gè)工作台位(wei)上覆蓋了(le)DN15~DN50所有管徑(jing)浮子流量(liang)計的檢定(dìng)能力♈。一個(gè)台位工作(zuo)的同時可(ke)在另一個(ge)台⚽位安裝(zhuāng)被🛀🏻檢表,可(kě)有效提高(gāo)檢定效率(lǜ)。
　　機械設計(jì)上,采用電(dian)動數控換(huàn)向器和夾(jiá)表器超限(xian)報警,提高(gao)檢測過程(cheng)的自動化(huà)和智能化(hua)程度。首先(xiān),電動換向(xiang)器控制精(jing)度高,且在(zài)現場不具(jù)備壓縮空(kong)✂️氣的情況(kuàng)下仍♌可使(shǐ)用。其次,在(zài)夾裝過程(cheng)中,浮子流(liú)量計尤其(qi)是無導向(xiàng)😘結構流量(liàng)計的玻璃(lí)管極易被(bèi)🚩氣動夾表(biao)器夾碎,采(cai)用帶有夾(jiá)緊力超限(xian)報警功能(néng)的手動夾(jia)表器可以(yi)有效解決(jué)這個問題(tí)。再次,浮子(zi)流量計的(de)正确檢測(ce)需要💞垂直(zhí)穩定流場(chǎng),對進、出口(kǒu)💰管道同軸(zhóu)度和工作(zuo)台面的垂(chui)直度要求(qiú)比較嚴格(gé)㊙️。通過水平(píng)泡調節工(gong)作台面的(de)水平度,可(ke)保證🈲被檢(jiǎn)流量計的(de)傾斜度小(xiao)于2°。
 
2..3裝置控(kòng)制系統設(she)計
　　裝置控(kong)制部分主(zhu)要包括夾(jiá)緊力控制(zhì)系統、換向(xiàng)器控制系(xì)統和💔稱重(zhong)控制系統(tǒng)(圖2),獲取電(diàn)子稱讀數(shù)、控制夾表(biao)器、控制換(huàn)向器動🌈作(zuo)、控制底閥(fá)開關、脈沖(chòng)計數等由(yóu)計算機完(wan)成。在夾緊(jin)力🈲控制系(xì)統的設計(jì),上,考慮到(dào)被檢浮子(zǐ)流量計容(róng)易損壞,在(zai)每個夾表(biao)器.上安裝(zhuāng)夾緊力傳(chuán)感器(夾㊙️緊(jǐn)力測試儀(yi)1和夾緊力(lì)測😘試儀2)。當(dang)夾緊🍓力過(guò)大時,由計(ji)算機進行(hang)夾緊力🧑🏽‍🤝‍🧑🏻超(chāo)限報警,提(ti)示操作人(rén)員停止夾(jia)緊動作🍓;換(huàn)向器控制(zhì)系統中,換(huàn)向器是液(ye)體🏃🏻‍♂️流量裝(zhuang)置的重要(yao)組成部分(fèn),其不确定(ding)度大小對(duì)裝置整體(tǐ)合🐅成不确(què)定度有較(jiào)大☁️影響1011)影(ying)響換向器(qì)精度的主(zhu)要因素是(shì)實際注水(shui)時🙇‍♀️間和觸(chù)發光電信(xìn)号所産生(shēng)時間之間(jian)的誤差凹(ao)本裝置采(cai)用步進電(diàn)機驅動分(fen)水器換向(xiang),由PLC發送脈(mo)沖控制電(diàn)機🈲轉速、加(jia)速度和轉(zhuan)動角度。通(tōng)過PLC的高速(su)脈⭐沖輸出(chu)通道,向換(huan)向器的步(bu)進電機驅(qu)動器按照(zhao)😍勻🔞加速-定(ding)速勻減速(su)的方式發(fa)送脈沖,換(huàn)向器電機(jī)帶着換向(xiàng)器導流體(tǐ)進行加速(su)-勻速-減速(sù)的💜運行。控(kòng)制換向器(qì)運動,保證(zhèng)裝置不确(que)定👨‍❤️‍👨度水平(ping);稱重控制(zhi)系統中,裝(zhuang)置主标準(zhǔn)器精度高(gāo)電子秤通(tong)過485通信模(mó)式,将傳感(gǎn)器讀數傳(chuan)輸至PLC控制(zhì)器,實現實(shí)時💔數據采(cǎi)集。
 
2.4裝置連(lian)接系統設(shè)計
　　浮子流(liú)量計檢定(ding)裝置和液(ye)體流量裝(zhuāng)置連接後(hou)的系統🌈示(shi)意圖如圖(tu)3,組合裝置(zhi)由儲水系(xi)統、水源循(xún)環穩壓系(xi)統、變頻調(diao)速系統、裝(zhuang)夾表系統(tong)、水流換向(xiàng)系統、計算(suàn)機控制系(xì)統、标準器(qì)和⚽儀表檢(jian)定管線系(xi)統組成。在(zài)水🏃流量裝(zhuang)置🏃‍♂️管段前(qián)後安裝三(sān)通閥和預(yu)留旁路,通(tōng)過控制三(sān)通閥實㊙️現(xiàn)水流在試(shì)驗管路和(he)旁路之間(jiān)的切換,三(san)通閥的一(yī)端分别通(tōng)過軟管與(yu)可移動浮(fú)子流量計(jì)檢定裝置(zhi)的人、出口(kǒu)相連,形成(chéng)浮♈子流量(liang)計檢定回(huí)路🏃🏻。浮子流(liu)量計檢定(ding)裝👅置和液(yè)體流量裝(zhuang)置連接成(cheng)高效組合(he)裝置,将水(shui)平流場轉(zhuǎn)換⚽成适合(hé)浮子流量(liàng)計檢定🈚的(de)垂直流場(chang)。
 
3浮子流量(liàng)計檢定裝(zhuāng)置的不确(què)定度分析(xī)
　　依據JJG164-2000液體(ti)流量标準(zhǔn)裝置檢定(dìng)規程對浮(fú)子流量計(jì)檢定裝置(zhì)進行不确(que)定度評定(dìng)叫。不确定(dìng)度分量主(zhǔ)要包括計(ji)時器、電子(zǐ)秤和換向(xiàng)器。利用北(bei)京計量院(yuan)‼️水流量标(biao)準裝置作(zuo)爲動力源(yuán),對研發⭕的(de)浮子流量(liang)計檢定裝(zhuāng)置進行不(bú)确定度評(píng)定。換向器(qi)在水流量(liang)📐标準裝置(zhi)各組成部(bù)分中極爲(wèi)關鍵,在整(zheng)個裝置不(bú)♈确定度中(zhong)占有相當(dāng)比重,是整(zheng)個裝置不(bu)确定🈚度的(de)主要來源(yuán),本文采用(yòng)行程差法(fa)對換向器(qi)換人/換出(chu)重複性誤(wù)差進行測(ce)量。浮子流(liu)量計檢定(dìng)裝置各不(bú)确定度分(fèn)🔴量評定結(jié)果見表4和(hé)表5。
 
　　依據JJG164-2000,浮(fú)子流量計(ji)檢定裝置(zhi)的合成不(bu)确定度u=0.1095%,裝(zhuāng)置的擴展(zhǎn)不确定度(du)
U=k·u=2.23x0.1095%=0.2441%~0.25%(k-=2.23)。
　　1.0級爲浮子(zi)流量計的(de)最高精度(du)等級,浮子(zi)流量計檢(jiǎn)定裝置的(de)擴展不确(què)定度應優(you)于被檢流(liu)量計最大(dà)允許誤差(cha)🏃🏻‍♂️的1/2日⭐。組合(he)裝置擴展(zhǎn)不确定度(du)0.25%,滿足最高(gao)等級浮子(zi)流量📐檢定(ding)要求。
4解決(jué)的問題
　　本(ben)文解決的(de)問題包括(kuò):
1)采用電動(dong)數控換向(xiàng)器技術,解(jie)決移動裝(zhuang)置在現場(chang)應用🍓時⭐,由(you)于不具備(bei)壓縮空氣(qi),帶來的換(huan)向稱.重系(xi)統無法使(shǐ)用的問題(tí)。
2)采用帶有(yǒu)夾緊力超(chāo)限報警功(gong)能的手動(dong)夾表器,解(jie)決💰玻👣璃管(guan)浮🔅子流量(liàng)計夾裝過(guo)程中,容易(yi)被夾表器(qi)損壞的問(wen)題
3)解決了(le)多種工作(zuo)介質浮子(zǐ)流量計的(de)檢測問.題(tí)本裝置可(kě)與各種裝(zhuāng)置包括水(shui)流量、油流(liú)量、高黏液(ye)體流量等(deng)連通,實現(xiàn)各種浮子(zi)流量計包(bāo)括玻璃浮(fú)子流量計(ji)⚽、金屬浮子(zi)流量♈計和(hé)塑料浮子(zi)流量計等(deng).的在線檢(jian)測,無需刻(kè)度換算和(hé)粘度修正(zhèng)。
4)提高了檢(jiǎn)測效率。裝(zhuang)置設計2個(gè)被檢表台(tái)位,每個台(tái)位都有各(gè)自的開關(guān)閥和流量(liàng)調節閥。相(xiang).互獨立、互(hu)不影響,在(zài)檢測一台(tai)流量計的(de)同時可以(yǐ)更換另一(yī)台位的被(bèi)檢表。
5結束(shu)語
　　一種可(kě)移動拆卸(xiè)方便、可快(kuai)速組合的(de)浮子流量(liàng)計🈲檢定裝(zhuāng)置,爲🤞保證(zheng)測量精度(du)采用電動(dong)換向器減(jian)少換人/換(huan)出行程差(chà)和重複性(xìng)誤差,爲避(bì)免浮子流(liú)量計被夾(jia)💋碎設計了(le)夾緊力報(bao)警功能。實(shi)💘驗結果表(biao)明,組合裝(zhuāng)置✉️的不确(què)定度(U=0.25%,k=2.23)可有(yǒu)效滿足DN15~DN50,流(liu)量範圍0.006~16m3/h浮(fú)子🔞流量計(jì)的實驗室(shì)和現場檢(jian)定需求。

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