摘要:針(zhen)對建設(shè)專用裝(zhuāng)置檢定(dìng)浮子流(liu)量計 ,場(chang)地占用(yòng)大且無(wú)法滿足(zu)實流檢(jian)定的問(wen)題,一種(zhong)流量💜範(fàn)圍爲0.006~16m3/h的(de)可移動(dong)浮子流(liú)量計檢(jian)定裝置(zhi)。裝置原(yuan)理爲靜(jing)态質量(liàng)法,1台🏒150kg的(de)精度電(diàn)子秤爲(wèi)主标準(zhun)器。用💁專(zhuān)用電動(dòng)換向🏒器(qì),保證👈換(huàn)向同步(bù)性。設計(ji)基于可(ke)編程邏(luó)輯控制(zhì)器(PLC)的控(kong)制系統(tǒng),通過對(duì)夾表器(qì)夾緊力(li)的實時(shí)監測,大(da)幅度降(jiang)低被測(cè)浮子流(liú)量計玻(bo)璃管在(zai)安裝過(guo)程中損(sǔn)壞的可(kě)能性。采(cai)用液體(ti)流量标(biao)準裝置(zhì)檢定👌規(guī)程中的(de)方法對(dui)整套裝(zhuang)🆚置進行(háng)實驗及(jí)不✍️确定(ding)度評定(dìng),得到🌈其(qi)擴展不(bu)确定度(du)爲0.25%(k=2)。裝置(zhì)具有方(fāng)便移動(dòng)、可拆卸(xie)、可快⛹🏻‍♀️速(sù)組合的(de)特點,能(neng)夠滿💚足(zu)精度等(děng)級1.0級及(jí)以下📧浮(fu)子流量(liang)計實驗(yan)室或現(xiàn)場校準(zhǔn)🥰的需求(qiú)。
0引言
　　浮(fu)子流量(liàng)計是一(yi)種使用(yòng)簡單、讀(du)數方便(bian)的瞬時(shi)體積流(liú)量測量(liàng)儀表,适(shì)用于低(dī)流速液(yè)體流量(liàng)特别是(shì)🏃‍♂️低雷諾(nuo)數情況(kuàng)下的💰微(wei)小流量(liang)測量:工(gong)況"。因其(qí)結構簡(jian)單、工作(zuò)可靠、流(liu)量穩定(dìng)、可測🙇🏻低(di)流速介(jie)質等優(yōu)點明,浮(fú)子流量(liang)計被廣(guang)泛用于(yú)電力、石(shi)化、化工(gong)、冶金、醫(yi)📐藥.環境(jìng)保護、污(wū)水處理(lǐ)等🏃🏻‍♂️領域(yù)。
　　浮子流(liú)量計工(gong)作介質(zhi)自下而(ér)上流動(dong),不能水(shuǐ)平安裝(zhuang)。檢☔定介(jiè)質與刻(kè)度介質(zhi)不同時(shí)需要進(jìn)行刻度(dù)換算和(hé)粘度修(xiū)正🏃‍♀️。國内(nèi)各技術(shu)機構和(he)企業現(xian)有水流(liu)量标準(zhun)😍裝置無(wú)🌍法檢測(cè)浮子流(liu)量計,需(xu)建立專(zhuan)用檢♌定(ding)裝置,場(chǎng)地占用(yòng)大且功(gōng)能單一(yi)。另外,實(shi)驗室對(duì)浮💯子流(liú)量計的(de)檢定通(tōng)常在水(shui)流量裝(zhuāng)置上進(jin)行,無法(fa)㊙️模拟出(chū)實際介(jiè)質條件(jiàn)。雖然實(shi)驗室檢(jian)定可給(gěi)出儀表(biǎo)在.标準(zhun)條件下(xia)🔞的計量(liàng)性能,但(dàn)會因實(shi)際使用(yòng)條🐆件、介(jie)質的物(wu)性參數(shù)甚至介(jie)質本身(shēn)的變化(hua)而帶來(lai)附加誤(wù)差。因此(cǐ),研究可(ke)移動檢(jian)定裝置(zhì),實現被(bèi)檢流量(liàng)計工況(kuàng)條件下(xià)的現場(chang)計量,對(dui)浮子流(liu)量計的(de)檢🛀測具(ju)有重要(yao)👣意義。
　　本(běn)文建立(li)了一套(tào)可移動(dòng)、可與各(gè)種液體(tǐ)流量裝(zhuang)置高效(xiào)組🌍合的(de)🏃🏻‍♂️浮子流(liú)量計檢(jiǎn)定裝置(zhi),能夠快(kuài)速将水(shui)平流場(chang)轉換爲(wei)🔞适于浮(fú)子流量(liàng)計檢定(dìng)的垂直(zhí)流場,很(hen)好的滿(man)足了多(duo)參數💞、多(duo)規格、各(gè)種液體(tǐ)工作介(jie)質浮子(zi)流量計(ji)的現場(chǎng)和實驗(yàn)室檢測(cè)需求💚。
1浮(fú)子流量(liàng)計檢定(dìng)裝置測(cè)量原理(lǐ)
　　流量标(biāo)準裝置(zhi)是流量(liang)儀表進(jìn)行檢測(cè)完成量(liang)值傳遞(di)的🤩重👄要(yào)設🚶‍♀️備,是(shi)保證流(liú)量儀表(biǎo)質量的(de)關鍵環(huán)節。依據(ju)測量:方(fang)法可将(jiang)流量标(biāo)準裝置(zhì)分爲靜(jìng)态質量(liang)法、靜态(tai)容積法(fa)、動态質(zhì)量法和(hé)動态容(rong)💔積法。本(ben)文設計(jì)的浮子(zi)流量計(ji)檢定裝(zhuāng)置爲靜(jing)态質量(liàng)标準裝(zhuang)置♍,流量(liàng)源恒壓(yā),流量穩(wen)定,測量(liàng)精度高(gāo)。靜🏃‍♀️态質(zhì)量法流(liu)✉️量标準(zhǔn)裝置測(ce)量原理(li)是将一(yī)定時間(jiān)内通過(guò)🐅流量🥵計(ji)的介質(zhì)❄️,經由換(huan)🍉向器全(quán)部導人(ren)置于稱(cheng)量标準(zhǔn)器上的(de)容器中(zhōng),然後測(ce)量容器(qì)中介質(zhì)的🌐質量(liang)從而得(de)到流過(guo)流量計(jì)的介質(zhì)✉️質量,再(zai)通過測(cè)量時間(jiān)得到質(zhi)量流量(liang)。數學模(mo)型爲
 
式(shi)中:Q一累(lei)積質量(liàng)流量,kg/s;
qm一(yī)-瞬時質(zhi)量流量(liàng),kg/s;
m一測:量(liàng)時間内(nei)稱量容(róng)器内的(de)液體質(zhì)量示值(zhi),kg,
t,t1,t2一測量(liàng)時間,s。
2浮(fu)子流量(liàng)計檢定(dìng)裝置方(fang)案設計(ji)
2.1裝置設(she)計指标(biāo)
　　浮子流(liu)量計被(bei)廣泛應(ying)用于小(xiao)管徑、低(dī)流速測(ce)流領域(yù)。以液體(ti)爲例,口(kǒu)徑10mm以下(xia)玻璃管(guan)浮子流(liu)量計滿(mǎn)度㊙️流量(liàng)的名義(yi)管徑,流(liu)🙇‍♀️速隻在(zai)0.2~0.6m/s之間,甚(shèn)至低于(yu)0.1m/s8。常用浮(fu)子流量(liàng)計口徑(jing)爲DN15~DN50,對應(yīng)☀️的流量(liàng)⚽範圍和(hé)精度等(děng)級分🏃‍♂️别(bie)見表1和(hé)表2。
 
　　根據(jù)常用流(liu)量計口(kou)徑、精度(du)等級和(he)流量測(cè)量範圍(wei)進💯行裝(zhuang)置設計(ji),具體設(she)計指标(biāo)見表3。裝(zhuang)置設計(jì)采用測(cè)量精度(du)較高的(de)靜态質(zhì)🏒量法,流(liú)量範圍(wéi)0.006~16m2/h,滿足常(cháng)用口徑(jing)DN15~DN50液體浮(fu)子流量(liàng)計檢定(ding)需💋求。浮(fu)子流量(liang)計檢定(ding)裝置的(de)擴展不(bú)确定📐度(du)應優于(yú)👄被檢流(liu)量計最(zui)大允許(xǔ)誤差的(de)1/2凹最高(gāo)精度等(deng)級浮子(zi)流量計(ji)爲1.0級(表(biǎo)2),因🔞此組(zǔ)合裝置(zhi)的擴展(zhan)不确定(dìng)度應優(you)于0.5%。爲保(bao)證測量(liàng)正确率(lǜ),浮子流(liú)量計安(an)裝傾斜(xié)角度應(ying)<2°。爲了方(fang)便裝置(zhi)🌈的移動(dong)、拆卸和(hé)高效組(zǔ)裝,整套(tào)裝置🔱高(gao)🔞度應不(bú)超過2m。
 
2.2裝(zhuāng)置結構(gòu)設計
　　浮(fu)子流量(liàng)計檢定(dìng)裝置結(jié)構設計(ji)如圖1,其(qi)主體爲(wèi)2個長方(fang)❤️體框架(jià),由浮子(zi)流量計(ji)裝夾表(biao)系統和(he)稱量系(xi)👣統(含水(shuǐ)流換向(xiàng)系統)組(zu)成。浮子(zi)流量計(ji)裝夾表(biǎo)系統中(zhōng)部爲工(gong)作台面(mian),台面一(yī)側安裝(zhuāng)有水平(píng)尺,框架(jia)底部安(an)裝有4個(gè)腳輪和(hé)🐉4條可伸(shēn)縮💞支腳(jiǎo)便于裝(zhuāng)置的移(yi)動和調(diao)節固定(ding)。進水管(guan)路上依(yī)次安裝(zhuāng)有快速(sù)接頭、開(kai)關閥、調(diao)節閥和(hé)排水閥(fa)。裝置上(shang)端設置(zhì)手動夾(jiá)表🌂器,實(shí)現被🙇‍♀️檢(jian)浮子流(liu)量計的(de)安裝與(yu)拆卸。稱(cheng)重系統(tong)包✍️括換(huàn)向器、稱(chēng)量容器(qi)和電子(zǐ)秤。稱重(zhòng)系統下(xia)部爲工(gōng)作台面(miàn),同樣安(an)裝水平(ping)尺、腳輪(lún)和可伸(shēn)縮支腳(jiao),實現被(bèi)檢浮子(zǐ)流量計(jì)與稱重(zhong)系統的(de)連通🔞。
　　裝(zhuāng)置設置(zhi)2個檢定(ding)台位,DN25以(yi)下包括(kuo)DN15、DN20和DN25爲一(yī)~條管線(xian),另一個(ge)爲DN32、DN40和💃DN50浮(fú)🌐子流量(liang)計檢定(dìng)台位。采(cai)用變換(huàn)管段的(de)方式,在(zài)有限的(de)2個工作(zuo)台位上(shàng)覆蓋了(le)DN15~DN50所有管(guǎn)徑浮子(zi)流量計(ji)的檢⭐定(ding)能力。一(yī)個台位(wei)工作的(de)同時可(kě)在另一(yī)個台位(wèi)安裝被(bei)檢表,可(ke)有效提(ti)高檢定(ding)效率。
　　機(ji)械設計(ji)上,采用(yong)電動數(shu)控換向(xiàng)器和夾(jia)表器超(chao)限報警(jǐng),提高檢(jian)🈚測過程(chéng)的自動(dòng)化和智(zhì)能化程(chéng)度。首先(xian),電動換(huàn)向器控(kong)制精度(du)高,且在(zài)現場不(bú)具備壓(ya)縮空氣(qì)的情✉️況(kuang)下仍可(kě)使用。其(qí)次,在夾(jiá)裝過程(chéng)中,浮子(zi)流量計(ji)尤其是(shi)無導向(xiang)🏃‍♀️結構流(liu)量計的(de)玻璃🌈管(guǎn)極易被(bèi)氣動夾(jia)表器✔️夾(jiá)碎,采用(yòng)帶有夾(jia)緊力超(chao)限報警(jing)功能的(de)手動夾(jiá)表器♈可(kě)以有效(xiao)解決這(zhè)個問題(tí)。再次,浮(fú)子流量(liang)計的正(zhèng)确檢測(ce)需要👄垂(chuí)直穩定(dìng)流場,對(dui)進、出口(kǒu)❌管道同(tóng)軸度和(he)工作台(tái)面的垂(chui)直度要(yào)求📐比較(jiào)嚴格。通(tōng)過水平(ping)🏃‍♀️泡調節(jie)工作台(tai)面的✍️水(shui)平度,可(kě)保證🧡被(bei)檢流量(liang)計的傾(qīng)斜度☔小(xiǎo)于2°。
 
2..3裝置(zhi)控制系(xì)統設計(ji)
　　裝置控(kòng)制部分(fen)主要包(bao)括夾緊(jin)力控制(zhì)系統、換(huan)向器控(kòng)制系統(tǒng)和🏃‍♂️稱重(zhòng)控制系(xì)統(圖2),獲(huò)取電子(zi)稱讀數(shù)、控🔞制夾(jiá)表器、控(kong)制換向(xiàng)⚽器動作(zuò)、控制底(di)閥開關(guān)、脈沖計(ji)數等由(you)計算機(jī)完成。在(zai)夾緊力(lì)控制系(xì)💃統的設(she)計,上,考(kǎo)慮到被(bei)檢浮子(zi)流量計(jì)容易損(sǔn)壞,在每(měi)個夾表(biao)器.上安(an)裝夾緊(jǐn)力傳感(gǎn)器(夾💃🏻緊(jin)力測試(shi)儀1和夾(jia)緊力測(ce)☁️試儀2)。當(dāng)夾緊力(li)過大時(shi),由計算(suàn)機進行(háng)夾緊力(lì)超限報(bao)警,提示(shi)☎️操作人(rén)員停止(zhi)夾緊動(dòng)作;換向(xiàng)器控制(zhi)系統🔆中(zhōng),換向器(qì)是液體(ti)🌏流量裝(zhuang)置的重(zhong)要組成(cheng)部分,其(qi)🚶不确定(ding)度大小(xiǎo)對裝置(zhi)整體合(he)成不确(que)定度有(you)較大影(ying)響1011)影響(xiang)換向器(qì)精度的(de)主要因(yīn)素是實(shí)📞際注水(shuǐ)時間和(hé)觸發光(guang)電信号(hào)所産生(shēng)時間之(zhi)間的誤(wu)差凹本(běn)👄裝置采(cǎi)用步進(jin)電機驅(qu)動分水(shui)☎️器㊙️換向(xiàng),由PLC發送(song)脈沖控(kong)制電機(jī)轉速、加(jia)速度和(he)轉動角(jiǎo)度。通過(guò)🐅PLC的高速(sù)脈沖輸(shu)出通道(dao),向換向(xiang)🏃🏻‍♂️器的步(bù)進電機(jī)驅動器(qi)按照勻(yun)加速-定(ding)速勻減(jian)速的方(fang)式發送(song)脈沖,換(huàn)向器電(diàn)機帶着(zhe)換向器(qì)導流體(ti)進行加(jiā)速-勻速(su)-減速的(de)🏃🏻‍♂️運行。控(kòng)制換向(xiàng)器運動(dòng)👣,保證裝(zhuāng)置不确(què)定度水(shuǐ)平;稱重(zhong)控制系(xi)統中,裝(zhuang)置主标(biao)準器精(jīng)度高電(dian)子秤通(tong)過485通信(xìn)模式,将(jiang)傳感器(qì)讀數傳(chuán)輸至PLC控(kòng)制器,實(shí)現實時(shi)數據采(cai)集🔴。
 
2.4裝置(zhì)連接系(xì)統設計(ji)
　　浮子流(liú)量計檢(jiǎn)定裝置(zhì)和液體(tǐ)流量裝(zhuang)置連接(jiē)後的系(xi)統示意(yì)圖如圖(tu)3,組合裝(zhuāng)置由儲(chu)水系統(tong)、水源循(xún)環穩壓(ya)系統、變(bian)頻調速(su)✌️系統、裝(zhuāng)夾表系(xi)統、水流(liu)換向系(xì)統、計算(suan)機控制(zhì)系統、标(biao)準器和(he)🐉儀表檢(jiǎn)定管線(xiàn)系統組(zǔ)成。在水(shui)❌流量裝(zhuāng)置💁管段(duàn)前後安(ān)裝三通(tong)閥和預(yu)留旁路(lu),通過控(kòng)制三通(tōng)閥實現(xian)水流在(zai)試驗管(guǎn)路和旁(pang)✔️路之間(jiān)的切換(huàn),三通閥(fa)的一端(duan)分别通(tong)過軟管(guan)與可移(yi)動浮子(zi)流量計(ji)檢定裝(zhuang)置的人(rén)、出口相(xiang)連,形成(chéng)浮子流(liú)量計檢(jian)定回路(lu)💔。浮子流(liú)量計檢(jiǎn)定裝置(zhi)和液體(ti)流量裝(zhuāng)置✔️連接(jiē)成高效(xiào)組合裝(zhuāng)置,将水(shui)平流場(chang)🐪轉換成(chéng)适合浮(fu)子流量(liàng)計檢定(dìng)的垂直(zhi)流場。
 
3浮(fú)子流量(liàng)計檢定(dìng)裝置的(de)不确定(ding)度分析(xi)
　　依據JJG164-2000液(ye)體流量(liàng)标準裝(zhuang)置檢定(dìng)規程對(duì)浮子流(liu)量計🏒檢(jiǎn)定裝置(zhì)🚶‍♀️進行不(bu)确定度(du)評定叫(jiào)。不确定(dìng)度分量(liàng)主要包(bāo)🚶‍♀️括計時(shí)器、電子(zi)💜秤和換(huàn)向器。利(li)用北京(jing)計量院(yuan)水流量(liàng)标準裝(zhuang)置作爲(wèi)動力源(yuán),對研發(fā)的浮子(zǐ)流量計(ji)檢定裝(zhuang)🥰置進行(háng)不确定(ding)度評定(ding)。換向器(qi)在水流(liú)量😘标準(zhun)裝置各(gè)組成部(bu)分中✔️極(jí)爲關鍵(jian),在整個(gè)裝置不(bú)🛀确定度(du)中占有(yǒu)相當比(bǐ)重,是整(zheng)個裝置(zhì)不确定(ding)度的主(zhu)要來源(yuán),本文采(cǎi)用行程(cheng)差法對(dui)換向器(qì)換人/換(huàn)出重複(fu)性誤差(chà)進行測(cè)量。浮子(zi)流量計(ji)檢定裝(zhuāng)置各不(bu)确定度(du)分量評(píng)定結果(guo)見表4和(he)表5。
 
　　依據(jù)JJG164-2000,浮子流(liú)量計檢(jian)定裝置(zhì)的合成(cheng)不确定(ding)度u=0.1095%,裝置(zhi)🐉的‼️擴展(zhan)❄️不确⭕定(ding)度
U=k·u=2.23x0.1095%=0.2441%~0.25%(k-=2.23)。
　　1.0級爲(wei)浮子流(liu)量計的(de)最高精(jīng)度等級(ji),浮子流(liu)量計檢(jiǎn)定裝置(zhi)的擴展(zhan)不确定(ding)度應優(yōu)于被檢(jiǎn)流量計(jì)最大允(yun)許誤差(cha)的1/2日。組(zu)合🚩裝置(zhì)擴展不(bú)确定度(du)0.25%,滿足最(zuì)高等級(jí)浮子流(liu)量檢定(dìng)要🔴求。
4解(jiě)決的問(wèn)題
　　本文(wen)解決的(de)問題包(bāo)括:
1)采用(yòng)電動數(shu)控換向(xiang)器技術(shù),解決移(yi)動裝置(zhi)在現場(chang)應💰用時(shí),由于不(bú)具備壓(yā)縮空氣(qi),帶來的(de)換向稱(cheng).重系🔞統(tǒng)無👣法使(shǐ)用的問(wèn)題。
2)采用(yòng)帶有夾(jiá)緊力超(chao)限報警(jǐng)功能的(de)手動夾(jia)表器,解(jiě)決玻璃(li)♉管浮子(zǐ)流量計(jì)夾裝過(guò)程中,容(rong)易被夾(jiá)表器💘損(sǔn)壞的問(wèn)題
3)解決(jué)了多種(zhong)工作介(jiè)質浮子(zǐ)流量計(ji)的檢測(ce)問.題本(ben)裝置⭕可(kě)🍓與各種(zhǒng)裝置包(bao)括水流(liu)量、油流(liu)量、高黏(nian)液體流(liu)量♈等連(lian)通,實現(xiàn)各🏃‍♂️種浮(fú)👣子流量(liang)計包括(kuò)玻璃浮(fu)子流量(liang)計、金屬(shǔ)浮🏃‍♀️子流(liú)量計和(hé)塑料浮(fú)子流量(liang)計等.的(de)☔在線檢(jiǎn)測,無需(xū)刻度🌐換(huan)算和粘(zhān)度修正(zheng)。
4)提高了(le)檢測效(xiao)率。裝置(zhì)設計2個(ge)被檢表(biao)台位,每(mei)個台位(wei)都‼️有各(gè)自的開(kāi)關閥和(hé)流量調(diao)節閥。相(xiang).互獨立(lì)、互不影(ying)💃響,在檢(jian)測一台(tái)流量📧計(ji)的同時(shí)可以更(geng)換另一(yī)台位的(de)被檢表(biǎo)❓。
5結束語(yǔ)
　　一種可(ke)移動拆(chai)卸方便(biàn)、可快速(su)組合的(de)浮子流(liu)量計檢(jiǎn)定裝置(zhì),爲♊保證(zheng)測量精(jīng)度采用(yong)電動換(huàn)向器減(jiǎn)少換人(ren)/換出行(hang)程差和(hé)重複性(xìng)誤差,爲(wei)避免浮(fú)子流量(liàng)計被夾(jiá)💛碎設計(jì)了夾緊(jin)力報警(jǐng)功能。實(shí)🈲驗結果(guǒ)表明🈚,組(zǔ)合裝置(zhi)的不确(que)定度(U=0.25%,k=2.23)可(kě)有效滿(man)足DN15~DN50,流量(liàng)範圍0.006~16m3/h浮(fu)子流量(liang)計的實(shi)驗室和(hé)現場檢(jiǎn)定需求(qiu)。

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