氟氣(qì)流量計設(she)計制造及(ji)應用 發布(bù)時間:2025-12-16
摘要(yao):一套氟氣(qì)流量測量(liang)裝置,該裝(zhuāng)置不僅提(tí)高了氟🥰氣(qì)流量測量(liang)精度而且(qie)提高了氟(fú)氣利用率(lü)。首先分析(xi)了 熱式質(zhi)量流量計(jì) 的工作原(yuán)理,根據工(gōng)作原理和(he)工藝需求(qiú)。通過測試(shì)各項指标(biāo)㊙️滿足技術(shù)要求;然後(hòu)通過黃金(jīn)分割法,編(bian)寫C語言程(cheng)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(yi)㊙️需求。該裝(zhuang)置應用于(yu)🌐提高了氟(fu)氣流量的(de)測量精度(dù),而且提高(gāo)了産品質(zhi)💘量,減少了(le)核材料浪(lang)費。 氟氣流(liu)量是核燃(ran)料循環中(zhong)相關産品(pǐn)生産的一(yi)個重要🤩參(cān)數,在生産(chan)工藝流程(chéng)中氟氣流(liu)量的準确(què)測量,不僅(jǐn)影響産品(pǐn)質量而且(qie)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(biāo)滿足要求(qiú)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(liu)量測控裝(zhuang)置由氟氣(qi)流量計 、氣(qi)動薄膜調(diào)節閥、氟氣(qì)罐、電磁閥(fá)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(zhan),軟件由CoNTroL BUiLDF軟(ruan)件和DigVis軟件(jian)組🈲成,裝置(zhi)結構如圖(tú)1所示。 2 氟氣流量(liàng)測量裝置(zhì)核心部件(jian)的設計 該(gai)測量裝置(zhi)核心部件(jiàn)包括氟氣(qì)流量計和(hé)氣動薄膜(mó)💃調節閥👈。 2.1 氟(fu)氣流量計(jì) 目前,廣泛(fàn)應用的流(liu)量計,大多(duō)數測量的(de)是體積流(liu)量✂️。由🔴于♌溫(wēn)度、壓力等(deng)環境條件(jian)都會在一(yi)定程度上(shang)影響流體(tǐ)的體積,當(dang)外在的溫(wen)度、壓力等(deng)環境條件(jian)改變時,需(xū)要對體積(jī)流量進行(hang)換算,但當(dang)溫度、壓力(lì)頻繁變化(huà)時,進行及(ji)時換算很(hěn)難實現。因(yīn)🐕此選擇質(zhi)量流量計(ji)。 2.1.1 氟氣流量(liang)計技術指(zhi)标 根據工(gong)藝需求,推(tui)出氟氣流(liu)量計,技術(shu)指标如下(xia): 1)質量流量(liàng)的實時測(cè)量; 2)溫度補(bǔ)償功能,快(kuai)速進行溫(wēn)度補償; 3)數(shù)據的采集(ji)、處理、存儲(chu)等功能; 4)該(gāi)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(yòng)蒙乃爾400合(he)金或者哈(hā)氏合金,防(fáng)止氟氣将(jiāng)薄壁測量(liang)管腐蝕,造(zào)成氟氣洩(xiè)露,損壞傳(chuán)感器,影響(xiǎng)測量精度(du); 5)該流量計(jì)測量範圍(wéi)[0,300]NL/h,精度1.0級,現(xian)場顯示瞬(shun)時流量和(he)累積流量(liang),傳輸信号(hao)[4,20]mA,連接方式(shi)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(shu)據曲線,并(bing)具有氟氣(qì)和氮氣流(liú)量測🔞量的(de)♋切換功能(neng)。主要🔞目的(de),采用氟氣(qi)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(liang)院沒有氟(fú)氣流量校(xiào)準裝置等(děng)問題; 7)将該(gāi)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(zhì)氮氣,校準(zhun)結果合格(ge); 流量計研(yán)制: 2.1.2 氟氣流(liu)量計測試(shì) 該流量計(ji)硬件電路(lu)采用單片(piàn)機爲核心(xīn),外部擴展(zhǎn)存儲模塊(kuài),通信模塊(kuài)和I/O模塊組(zu)成運算及(ji)控制電路(lù),滿足質量(liang)流量💰的實(shí)🚩時測量以(yi)及實現數(shù)據的采集(jí)、處理、存💛儲(chǔ)等功能;由(yóu)技術手冊(ce)[5]可知,該🔆流(liu)量計傳感(gan)器中薄壁(bì)測量管采(cai)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(xian)示瞬時流(liú)量和累積(ji)流量值,傳(chuan)輸信号[4,20]mA,連(lian)接方式焊(han)接。 (1)用氟氣(qi)和氮氣進(jìn)行标定及(ji)标定曲線(xian) 根據技術(shù)要求,分别(bié)采用氟氣(qi)和氮氣進(jin)行标定,并(bìng)可以通過(guo)參數設定(dìng)修改模式(shì),此外提供(gòng)标定曲線(xian),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(bǐ)熱容CP=1038J/(kg?K),根據(jù)流量計算(suàn)公式[4]可⛷️知(zhi),相同流量(liàng)下,比熱容(rong)與平均溫(wēn)度成正比(bǐ),比熱容越(yuè)大對🌈應電(diàn)壓值就越(yuè)大,由氟氣(qì)和氮氣标(biao)定曲線✂️可(kě)知理💃論分(fen)析和廠家(jia)提供數據(ju)曲線吻合(he)。 (2)熱氟氣流(liu)量計校準(zhun) 根據技術(shù)要求,将氟(fú)氣流量計(ji)送至省級(jí)以上計量(liàng)院進🔞行🐆校(xiào)準♍,量程[0,300]NL/h精(jīng)度等級1.0級(jí)。校準結果(guǒ)如表1。 根據(ju)氟氣流量(liang)計合格證(zhèng)提供信息(xi)得知,該流(liu)量計的🥰最(zuì)☎️大引用誤(wu)差±1.0%,最大相(xiàng)對誤差是(shi)±2.0%,由校準數(shù)據可知相(xiang)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(hé)🍓格的。 (3)溫度(du)補償測試(shi) 在上章節(jie)中提到,新(xin)定制樣機(jī)具有溫度(du)補償功能(neng)💃。根據氟氣(qi)流量計說(shuo)明書可知(zhi),該流量計(jì)采用的是(shì)數字化溫(wen)度補償法(fǎ),該方法采(cai)用恒流法(fǎ)測量電路(lù),将溫度🌐信(xìn)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(diàn)流信号轉(zhuǎn)換成數字(zì)信号送入(ru)單片機,通(tong)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(miǎn)了模拟電(diàn)路的固有(you)問題,提高(gao)了補償精(jīng)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(tai)中,按照測(ce)試方法進(jìn)行測試,取(qu)100NL/h作爲觀測(cè)點,每個觀(guan)測點進行(háng)6次重複性(xìng)測量,不确(què)定度評定(ding)符♈合A類評(ping)定[6],結果如(ru)表2。 則溫度(du)波動引入(ru)标準不确(que)定度U(Ts)=0.41NL/h,其自(zi)由度24。 當置(zhì)信水平爲(wei)95%時,自由度(du)爲23,查T分布(bu)表得包含(hán)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(jie):該系統最(zuì)大允許誤(wu)差6.0NL/h,則U(T)<6.0NL/h×1/3,該測(cè)量系統溫(wen)度波動引(yin)入誤差小(xiǎo)于最大允(yǔn)許誤差,因(yin)此溫度補(bǔ)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(diào)節閥 在生(shēng)産線中,調(diao)節閥流量(liang)系數選擇(zé)不合适,造(zào)成調節閥(fá)💋震蕩大降(jiang)低了控制(zhì)精度,降低(dī)氟氣的利(li)用率。 (1)調節(jie)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(yào)參數,它反(fǎn)映調節閥(fá)通過流體(ti)的能力,也(ye)就是調節(jiē)閥的容量(liang)[7]。流量系數(shu)分爲,英制(zhi)單位CV和國(guo)際單位KV,CV爲(wei)英制單位(wei)的流量系(xì)數,其換算(suan)關系:CV≈1.16KV。 通過(guò)查閱資料(liào)[8],氣體(壓力(li)小于10Mpa)流量(liàng)系數的計(jì)算公式如(rú)🛀🏻下🈲: 式中: KV———流(liú)量系數; P1———閥(fa)入口絕對(dui)壓力Kpa; P2———閥出(chū)口絕對壓(ya)力Kpa; Qg———氣體最(zuì)大流量Nm3/h; G———氣(qi)體比重(氟(fu)氣=1.31); t———氣體溫(wen)度℃。 在生産(chǎn)過程中,氟(fú)氣罐中氟(fu)氣壓力範(fan)圍[60,350]Kpa,閥後壓(yā)力範圍20Kpa左(zuo)右,選擇公(gōng)式2。 (2)流量系(xì)數計算 根(gēn)據要求,氟(fú)氣最大流(liú)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(biao)1+P大氣=434Kpa;将數(shu)據帶入公(gōng)式2得: KV1=0.0136 氟氣(qi)空罐時:P表(biao)1=60Kpa,P大氣=84Kpa,因此(cǐ)P11=P表1+P大氣=144Kpa;将(jiang)數據帶入(ru)公式📧得: KV2=0.0409 則(zé)流量系數(shù)KV的取值範(fàn)圍[0.0136,0.0409],利用黃(huáng)金分割法(fa),通過C語言(yán)編寫👅程序(xu)求解KV最優(you)值,流程如(rú)圖4所示。 由(yóu)C語言程序(xu)得出KV最優(yōu)值爲0.016 82,将該(gāi)數據帶入(ru)上述公式(shi)中,當閥前(qian)壓力434Kpa時最(zui)大流量Qmax1爲(wei)372NL/h,當閥前壓(yā)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(chū)氟氣流量(liang)計,解決了(le)氟氣流量(liang)測量誤差(cha)大、氟氣利(lì)用率低等(děng)問題,間接(jie)提高産品(pǐn)質量,減少(shǎo)核材料的(de)浪費。該氟(fu)氣流量測(ce)量裝置爲(wèi)今後流量(liang)計、氣動薄(bao)膜調節閥(fa)的流量系(xi)數選擇🔴提(tí)供理論依(yī)據。
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