摘要(yao)：一套氟氣(qi)流量測量(liàng)裝置，該裝(zhuang)置不僅提(tí)高了氟❌氣(qi)流量測量(liang)精度而且(qie)提高了氟(fu)氣利用率(lü)。首先分析(xī)了 熱式質(zhi)量流量計(ji) 的工作原(yuán)理，根據工(gong)作原理和(he)工藝需求(qiu)。通過測試(shì)🍓各🛀🏻項👣指标(biāo)滿足技術(shù)要求；然後(hòu)通過黃金(jin)分割法，編(biān)🌐寫C語♋言程(chéng)序，計算最(zuì)優流量系(xì)數，并通過(guo)試驗數據(jù)可知該氣(qi)動調節閥(fá)滿足工藝(yì)需求。該裝(zhuāng)置應用于(yú)提高了氟(fu)💋氣流量的(de)測量精度(du)，而且提高(gao)了産品質(zhì)🧡量，減少了(le)核材料浪(lang)費。
　　氟氣流(liú)量是核燃(ran)料循環中(zhōng)相關産品(pǐn)生産的一(yi)個重要💋參(can)🙇🏻數，在生産(chan)工藝流程(cheng)中氟氣流(liu)量的準确(que)測量，不僅(jin)影響産品(pin)質量而且(qiě)可避免氟(fú)氣的浪費(fei)。本文根據(ju)🛀實際需要(yao)自主設計(jì)了氟氣流(liu)量計，并委(wei)托生産樣(yang)機，在技術(shù)性能指标(biao)滿足要求(qiu)後應用于(yu)實🧑🏽‍🤝‍🧑🏻際生産(chǎn)。
1　流量測控(kòng)裝置的結(jie)構
　　氟氣流(liú)量測控裝(zhuāng)置由氟氣(qi)流量計 、氣(qi)動薄膜調(diao)節閥、氟氣(qi)罐、電磁閥(fa)和DCS系統等(deng)組成；DCS系統(tǒng)硬件⛷️由ＡBB公(gōng)司ＡC800Ｆ控制器(qi)［3］、現場I/O卡件(jiàn)、工程師站(zhàn)，軟件由CoNTroL　BUiLDＦ軟(ruǎn)件和DigVis軟件(jian)組成，裝置(zhi)結構如圖(tú)1所示。

2　氟氣流量(liang)測量裝置(zhì)核心部件(jian)的設計
　　該(gāi)測量裝置(zhì)核心部件(jian)包括氟氣(qì)流量計和(hé)氣動薄膜(mo)調🌈節閥🐇。
2.1　氟(fu)氣流量計(jì)
　　目前，廣泛(fan)應用的流(liú)量計，大多(duō)數測量的(de)是體積流(liu)量。由🈚于溫(wen)度👈、壓力等(deng)環境條件(jian)都會在一(yi)定程度上(shang)影響流體(ti)的體積，當(dang)外在🏃🏻的溫(wen)度、壓力等(děng)環境條件(jiàn)改變時，需(xū)要對體積(jī)流量進行(háng)換算，但當(dāng)溫度、壓力(li)🤩頻繁變化(huà)時，進行及(jí)時換算很(hen)難實現。因(yin)此選擇質(zhi)量流量計(jì)。
2.1.1　氟氣流量(liang)計技術指(zhǐ)标
　　根據工(gōng)藝需求，推(tuī)出氟氣流(liu)量計，技術(shu)指标如下(xià)：
1）質量流量(liang)的實時測(cè)量；
2）溫度補(bu)償功能，快(kuai)速進行溫(wen)度補償；
3）數(shu)據的采集(jí)、處理、存儲(chǔ)等功能；
4）該(gai)流量計采(cai)用量熱式(shi)質量流量(liang)計工作原(yuan)理，薄壁💔測(cè)量管👌采⁉️用(yong)蒙乃爾400合(hé)金或者哈(ha)氏合金，防(fang)止氟氣将(jiang)薄壁測量(liang)管腐蝕，造(zào)成氟氣洩(xie)露，損壞傳(chuan)感器，影響(xiang)測量精度(du)；
5）該流量計(ji)測量範圍(wéi)［0，300］NL/ｈ，精度1.0級，現(xiàn)場顯示瞬(shun)時流量和(he)👅累積流量(liàng)⭐，傳🌈輸信号(hao)［4，20］mA，連接方式(shì)焊接；
6）該流(liú)量計采用(yòng)氟氣和氮(dàn)氣進行标(biao)定，提供氟(fu)氣和氮氣(qì)的标🛀🏻定數(shù)據曲線，并(bìng)具有氟氣(qi)和氮氣流(liu)量測量的(de)切換🌐功能(neng)。主要目的(de)，采用氟氣(qì)标定後的(de)流量計可(kě)以準确測(ce)量氟氣🤞流(liu)量的♋真實(shi)值，采用氮(dàn)氣标定，該(gai)流量計可(kě)以用于國(guó)内計量院(yuàn)校準，解決(jue)國内計量(liàng)院沒有氟(fú)氣流量校(xiao)🌏準裝置等(děng)問題；
7）将該(gai)流量計送(sòng)至國内省(sheng)級以上的(de)檢定部門(men)進行校準(zhǔn)，校準介質(zhi)氮氣，校準(zhun)結果合格(ge)；
流量計研(yan)制：
2.1.2　氟氣流(liu)量計測試(shi)
　　該流量計(jì)硬件電路(lù)采用單片(pian)機爲核心(xīn)，外部擴展(zhan)存⁉️儲模塊(kuai)♉，通信模塊(kuài)和I/O模塊組(zu)成運算及(jí)控制電路(lù)，滿足質量(liàng)流量的實(shi)時測量以(yǐ)及實現數(shu)據的采集(ji)、處理、存儲(chu)等功👣能；由(yóu)技🏃‍♂️術手冊(cè)［5］可知，該流(liu)量計傳感(gǎn)器中薄壁(bi)測量管采(cǎi)用蒙乃爾(er)400合金；測量(liang)範圍［0，300］NL/ｈ，精度(dù)1.0級，現場顯(xiǎn)示瞬時流(liu)量和累積(jī)流量值，傳(chuan)輸信号［4，20］mA，連(lián)接方式焊(hàn)接。
（1）用氟氣(qì)和氮氣進(jin)行标定及(ji)标定曲線(xian)
　　根據技術(shù)要求，分别(bie)采用氟氣(qì)和氮氣進(jìn)行标定，并(bìng)可以通過(guo)🐕參數設定(ding)修改模式(shi)，此外提供(gòng)标定曲線(xiàn)，标定曲線(xiàn)如圖3。


　　 曲線分析(xi)：氟氣比熱(re)容CP＝827.67J/（kg?K），氮氣比(bi)熱容CP＝1038J/（kg?K），根據(ju)流量計算(suan)公㊙️式🔞［4］可🤩知(zhi)，相同流量(liàng)下，比熱容(rong)與平均溫(wen)度成正比(bǐ)，比熱容越(yue)大對應電(diàn)🛀壓值就越(yuè)大，由氟氣(qi)和氮氣标(biao)定曲線可(ke)知理論分(fèn)析和廠家(jiā)提供數據(jù)曲線吻合(hé)♌。
（2）熱氟氣流(liú)量計校準(zhǔn)
　　根據技術(shù)要求，将氟(fu)氣流量計(ji)送至省級(ji)以上計量(liàng)院💁進行校(xiao)準，量程［0，300］NL/ｈ精(jing)度等級1.0級(ji)。校準結果(guo)如表1。

　　根據(jù)氟氣流量(liang)計合格證(zhèng)提供信息(xi)得知，該流(liú)量計的最(zuì)大引用誤(wù)差±1.0％，最大相(xiang)對誤差是(shi)±2.0％，由校準數(shù)據可知相(xiàng)對誤差和(hé)✉️引用誤差(cha)㊙️都在要求(qiu)範圍之内(nèi)，因此⛹🏻‍♀️該流(liu)量🏃‍♀️計是合(he)格的。
（3）溫度(dù)補償測試(shì)
　　在上章節(jie)中提到，新(xin)定制樣機(ji)具有溫度(du)補償功能(néng)。根據氟氣(qi)流💛量計說(shuō)明書可知(zhī)，該流量計(jì)采用的是(shì)數字化溫(wēn)度補償法(fa)，該方法采(cǎi)用恒流法(fǎ)測量電路(lù)，将溫度♍信(xin)号轉換成(cheng)電流信号(hào)，通過高⛹🏻‍♀️精(jīng)度的ＡD轉換(huan)電路，将電(dian)⛷️流信号轉(zhuan)🤩換成數字(zi)信号送入(ru)單片機，通(tōng)過補償算(suàn)法進行補(bu)償。該方法(fǎ)通過算法(fǎ)進行溫度(dù)補償，避免(mian)了✍️模拟電(diàn)路的固有(yǒu)問題，提高(gao)了補償精(jing)🤩度。
　　将新定(ding)制的流量(liang)計安裝在(zai)溫度波動(dong)引起誤差(chà)測試平台(tái)💜中，按照測(cè)試方法進(jin)行測試，取(qǔ)100NL/ｈ作爲觀測(ce)點，每個觀(guan)測點進❤️行(háng)6次重複㊙️性(xing)測量，不确(què)定度評定(ding)符合Ａ類評(píng)定［6］，結果如(rú)表2。


　　則溫度(dù)波動引入(ru)标準不确(què)定度U（Ts）＝0.41NL/ｈ，其自(zi)由度24。
　　當置(zhì)信水平爲(wèi)95％時，自由度(du)爲23，查T分布(bu)表得包含(han)因子ｋ＝1.714其擴(kuò)展标準不(bu)确定U（T）＝U（Ts）×ｋ＝0.7NL/ｈ。
小結(jié)：該系統最(zui)大允許誤(wù)差6.0NL/ｈ，則U（T）＜6.0NL/ｈ×1/3，該測(cè)量系統溫(wēn)度波動引(yǐn)入誤差小(xiǎo)于最大允(yǔn)許誤差，因(yin)此溫度補(bu)償降低了(le)🔴溫度波動(dòng)☁️時引起測(cè)量誤差。
2.2　氣(qi)動薄膜調(diao)節閥
　　在生(shēng)産線中，調(diao)節閥流量(liang)系數選擇(ze)不合适，造(zào)成調節✔️閥(fa)震蕩🏃‍♂️大降(jiang)低了控制(zhi)精度，降低(di)氟氣的利(li)用率。
（1）調節(jiē)閥流量系(xi)數的定義(yì)及計算公(gōng)式
　　調節閥(fa)的流量系(xi)數，是調節(jiē)閥的重要(yao)參數，它反(fǎn)映調👌節閥(fá)通過⛹🏻‍♀️流體(ti)的能力，也(yě)就是調節(jiē)閥的容量(liàng)［7］。流量系數(shu)分爲，英制(zhì)單位CV和💞國(guo)際單位KV，CV爲(wèi)英制單位(wei)的流量系(xì)數，其換👣算(suàn)關系👄：CV≈1.16KV。
通過(guò)查閱資料(liao)［8］，氣體（壓力(li)小于10Mpa）流量(liang)系數的計(ji)算公式如(rú)下：

式中：
KV———流(liu)量系數；
P1———閥(fa)入口絕對(dui)壓力Kpa；
P2———閥出(chū)口絕對壓(yā)力Kpa；
Qg———氣體最(zui)大流量Nｍ3/ｈ；
G———氣(qì)體比重（氟(fú)氣＝1.31）；
t———氣體溫(wēn)度℃。
　　在生産(chan)過程中，氟(fú)氣罐中氟(fu)氣壓力範(fàn)圍［60，350］Kpa，閥後壓(ya)力範⭐圍20Kpa左(zuǒ)右，選擇公(gong)式2。
（2）流量系(xì)數計算
　　根(gēn)據要求，氟(fú)氣最大流(liu)量Qg＝300NL/ｈ，G＝1.31；t＝23℃；氟氣滿(mǎn)罐時：P表1＝350Kpa，P大(da)氣＝84Kpa，因此P11＝P表(biǎo)1＋P大氣＝434Kpa；将數(shu)🍓據帶入公(gong)式2得：
KV1＝0.0136
　　氟氣(qi)空罐時：P表(biǎo)1＝60Kpa，P大氣＝84Kpa，因此(ci)P11＝P表1＋P大氣＝144Kpa；将(jiāng)數據帶入(rù)公式得：
KV2＝0.0409
　　則(ze)流量系數(shu)KV的取值範(fàn)圍［0.0136，0.0409］，利用黃(huang)金分割法(fǎ)，通過C語言(yan)編寫程序(xu)🌈求解KV最優(you)值，流程如(ru)圖4所示。

　　由(yóu)C語言程序(xù)得出ＫV最優(you)值爲0.016　82，将該(gai)數據帶入(ru)上述公式(shì)中，當閥前(qián)壓力434Kpa時最(zui)大流量Ｑmax1爲(wei)372NL/ｈ，當閥前壓(ya)力144Kpa時最大(dà)流量Ｑmax2爲124NL/ｈ，滿(man)足工藝🌈要(yao)求✊。
3　結束語(yǔ)
　　通過推出(chu)氟氣流量(liàng)計，解決了(le)氟氣流量(liàng)測量誤差(chà)大‼️、氟氣利(lì)用🌂率低等(děng)問題，間接(jiē)提高産品(pin)質量，減少(shǎo)核材料的(de)浪費。該氟(fú)氣流量測(ce)量裝置爲(wei)今後流量(liang)計、氣動薄(báo)膜調節閥(fá)的👣流量系(xi)數選擇🤟提(tí)供理論依(yī)據。

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