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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