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

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