摘要：一套氟(fú)氣流量測量(liàng)裝置，該裝置(zhi)不僅提高了(le)🔴氟🔅氣流量☔測(cè)量精度而且(qie)提高了氟氣(qi)利用率。首先(xian)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻分析了 熱式(shì)質量流量計(jì) 的工作原理(li)，根據工作原(yuán)理和工藝需(xu)求。通過測試(shi)各🆚項指标滿(man)足技術要求(qiú)；然後通過黃(huang)金分割法，編(bian)寫C語言程序(xu)，計🥵算最優流(liú)量系數，并通(tong)過試驗數據(ju)可知該氣動(dong)調節閥滿足(zu)工藝需求。該(gai)裝置應用于(yu)🈲提高了氟氣(qì)流量的測量(liang)精度，而且提(tí)高了産品質(zhi)量，減少了核(hé)材料浪費。
　　氟(fú)氣流量是核(hé)燃料循環中(zhong)相關産品生(sheng)産的一個🎯重(zhòng)要參🥰數，在生(sheng)産工藝流程(chéng)中氟氣流量(liàng)的準确測量(liang)，不⚽僅影🔱響産(chan)品質量而且(qiě)可避免氟氣(qì)的浪費。本文(wén)根據實際需(xū)要自主設計(jì)了氟氣流量(liang)計，并委托生(shēng)産樣機，在技(jì)術性能指标(biao)滿足要求後(hòu)應用于實際(jì)生産。
1　流量測(cè)控裝置的結(jié)構
　　氟氣流量(liang)測控裝置由(you)氟氣流量計(ji) 、氣動薄膜調(diao)節閥、氟氣罐(guan)、電磁閥和DCS系(xì)統等組成；DCS系(xi)❓統硬件由ＡBB公(gong)😍司ＡC800Ｆ控制器［3］、現(xian)場I/O卡件、工程(chéng)師站，軟件由(yóu)CoNTroL　BUiLDＦ軟件和DigVis軟件(jian)組成，裝置結(jie)構如圖1所示(shì)。

2　氟(fú)氣流量測量(liàng)裝置核心部(bu)件的設計
　　該(gāi)測量裝置核(he)心部件包括(kuo)氟氣流量計(ji)和氣動薄膜(mó)🌈調節🐆閥🌍。
2.1　氟氣(qi)流量計
　　目前(qián)，廣泛應用的(de)流量計，大多(duo)數測量的是(shì)體積流👣量。由(yóu)❄️于溫度、壓力(li)等環境條件(jian)都會在一定(dìng)程度上影響(xiǎng)流體的體✉️積(ji)，當外在的溫(wēn)度、壓力等環(huán)境條件改變(bian)時，需要對體(ti)積流💔量進行(háng)換算，但當溫(wen)度、壓力頻繁(fan)變化時，進行(háng)及👅時換算很(hěn)難實現。因❌此(ci)選擇質🙇🏻量流(liu)量計。
2.1.1　氟氣流(liú)量計技術指(zhǐ)标
　　根據工藝(yi)需求，推出氟(fú)氣流量計，技(ji)術指标如下(xia)：
1）質量流量的(de)實時測量；
2）溫(wēn)度補償功能(neng)，快速進行溫(wen)度補償；
3）數據(jù)的采集、處理(lǐ)、存儲等功能(neng)；
4）該流量計采(cǎi)用量熱式質(zhi)量流量計工(gong)作原理，薄壁(bi)測量💔管采用(yòng)蒙乃爾400合金(jīn)或者哈氏合(he)金，防止氟氣(qi)将薄壁測量(liang)管腐蝕，造成(cheng)氟氣洩露，損(sun)壞傳感器，影(ying)響測量精度(dù)；
5）該流量計測(ce)量範圍［0，300］NL/ｈ，精度(dù)1.0級，現場顯示(shì)瞬時流量和(hé)累🙇🏻積流量💜，傳(chuán)輸信号［4，20］mA，連接(jiē)方式焊接；
6）該(gāi)流量計采用(yong)氟氣和氮氣(qì)進行标定，提(tí)供氟氣和氮(dan)氣的标定數(shù)據曲線，并具(jù)有氟氣和氮(dan)氣流量測量(liang)的🈲切換功能(neng)。主要目的⛱️，采(cǎi)用氟氣标定(ding)後的流量計(ji)可以準确測(cè)量氟氣流量(liàng)的🈚真實值，采(cǎi)用氮氣标定(dìng)，該流量計可(kě)以用于國内(nei)計量院校準(zhun)💁，解決國内👄計(ji)量院沒有😄氟(fú)氣流量校準(zhun)裝置等問題(tí)；
7）将該流量計(ji)送至國内省(sheng)級以上的檢(jiǎn)定部門進行(hang)校準，校準介(jiè)質氮氣，校準(zhǔn)結果合格；
流(liu)量計研制：
2.1.2　氟(fu)氣流量計測(cè)試
　　該流量計(ji)硬件電路采(cǎi)用單片機爲(wei)核心，外部擴(kuo)展存儲模塊(kuai)，通信模塊和(he)I/O模塊組成運(yùn)算及控制電(diàn)路，滿足質量(liang)流量的實時(shi)測量以及實(shi)現數據的采(cai)集、處理、存儲(chǔ)等功能；由技(jì)術手冊［5］可知(zhī)，該流量計傳(chuán)感器中薄壁(bi)測量管采用(yong)蒙乃爾400合金(jīn)；測量範圍［0，300］NL/ｈ，精(jing)度☂️1.0級，現場顯(xiǎn)示瞬時流量(liang)和🌈累積流量(liang)值，傳輸信号(hào)［4，20］mA，連接方式焊(han)接☀️。
（1）用氟氣和(hé)氮氣進行标(biāo)定及标定曲(qu)線
　　根據技術(shu)要求，分别采(cǎi)用氟氣和氮(dan)氣進行标定(dìng)，并可以通過(guò)參數設定修(xiū)改模式，此外(wài)提供标定曲(qu)線，标定曲線(xiàn)如圖3。


　　 曲(qǔ)線分析：氟氣(qì)比熱容CP＝827.67J/（kg?K），氮氣(qi)比熱容CP＝1038J/（kg?K），根據(jù)流量計算公(gong)式［4］可知，相同(tong)流量下，比熱(rè)容與平均溫(wēn)度成正比🏃‍♂️，比(bi)熱容越💋大對(duì)應電壓值就(jiu)越大，由氟氣(qi)和氮氣标定(dìng)曲線可知理(li)論分析和廠(chǎng)家提供數據(ju)曲線吻合💘。
（2）熱(rè)氟氣流量計(jì)校準
　　根據技(jì)術要求，将氟(fú)氣流量計送(sòng)至省級以上(shang)計量院進行(háng)校準，量程［0，300］NL/ｈ精(jing)度等級1.0級。校(xiào)準結果如表(biǎo)1。

　　根據氟氣流(liu)量計合格證(zhèng)提供信息得(de)知，該流量計(jì)的最大引用(yong)💋誤差±1.0％，最大相(xiang)對誤差是±2.0％，由(you)校準數據可(ke)知相對誤差(chà)和引用誤差(cha)都在要求範(fan)圍之内，因此(ci)該流量計是(shi)合格的。
（3）溫度(du)補償測試
　　在(zai)上章節中提(ti)到，新定制樣(yang)機具有溫度(du)補償功能。根(gen)據氟氣流🈲量(liang)計說明書可(ke)知，該流量計(ji)采用的是數(shù)字化溫度補(bǔ)償法，該方🈚法(fǎ)采用恒流法(fa)測量電路，将(jiāng)溫度🔞信号轉(zhuǎn)換成電🌍流信(xin)号，通過高精(jīng)度的ＡD轉換🔱電(dian)路，将電流信(xìn)号轉換成數(shù)字信号送入(rù)單片機，通過(guò)補償算法進(jin)行補償。該方(fāng)法通過算法(fa)進行溫度🌈補(bǔ)償，避免了模(mo)拟電路的固(gu)有問題，提高(gao)了補償精度(du)。
　　将新定制的(de)流量計安裝(zhuāng)在溫度波動(dong)引起誤差測(cè)♊試平台中，按(àn)照測試方法(fa)進行測試，取(qu)100NL/ｈ作爲觀測點(diǎn)，每個觀測🔞點(diǎn)進行6次♌重複(fú)性測量，不确(que)定度評定符(fú)✌️合Ａ類評定［6］，結(jie)果如表2。


　　則溫(wen)度波動引入(rù)标準不确定(ding)度U（Ts）＝0.41NL/ｈ，其自由度(du)24。
　　當置信水平(píng)爲95％時，自由度(du)爲23，查T分布表(biao)得包含因子(zǐ)ｋ＝1.714其擴展🐆标準(zhǔn)不确定U（T）＝U（Ts）×ｋ＝0.7NL/ｈ。
小結(jié)：該系統最大(dà)允許誤差6.0NL/ｈ，則(ze)U（T）＜6.0NL/ｈ×1/3，該測量系統(tǒng)溫度波動引(yǐn)🍓入誤差小于(yú)最大允許誤(wu)差，因此溫度(dù)補償降低了(le)溫度波動時(shi)引起測量誤(wù)差。
2.2　氣動薄膜(mo)調節閥
　　在生(shēng)産線中，調節(jie)閥流量系數(shù)選擇不合适(shì)，造成調節閥(fa)震蕩大降低(dī)了控制精度(du)，降低氟氣的(de)利用率。
（1）調節(jie)閥流量系數(shu)的定義及計(ji)算公式
　　調節(jiē)閥的流量系(xì)數，是調節閥(fa)的重要參數(shù)，它反映調節(jie)閥通過🔴流體(tǐ)的能力，也就(jiu)是調節閥的(de)容量［7］。流量系(xì)數分爲，英制(zhì)單位CV和國際(ji)單位KV，CV爲英制(zhi)單位的流量(liàng)系數，其換算(suàn)關系：CV≈1.16KV。
通過查(chá)閱資料［8］，氣體(tǐ)（壓力小于10Mpa）流(liú)量系數的計(ji)算公😄式如下(xia)：

式中：
KV———流量系(xi)數；
P1———閥入口絕(jue)對壓力Kpa；
P2———閥出(chu)口絕對壓力(lì)Kpa；
Qg———氣體最大流(liu)量Nｍ3/ｈ；
G———氣體比重(zhòng)（氟氣＝1.31）；
t———氣體溫(wēn)度℃。
　　在生産過(guò)程中，氟氣罐(guan)中氟氣壓力(lì)範圍［60，350］Kpa，閥後壓(ya)力範♋圍💯20Kpa左右(you)，選擇公式2。
（2）流(liu)量系數計算(suàn)
　　根據要求，氟(fu)氣最大流量(liàng)Qg＝300NL/ｈ，G＝1.31；t＝23℃；氟氣滿罐時(shi)：P表1＝350Kpa，P大氣＝84Kpa，因此(cǐ)P11＝P表1＋P大氣🙇🏻＝434Kpa；将🔆數(shù)💛據帶入公式(shì)2得：
KV1＝0.0136
　　氟氣空罐(guan)時：P表1＝60Kpa，P大氣＝84Kpa，因(yin)此P11＝P表1＋P大氣＝144Kpa；将(jiang)數據帶入公(gōng)式得：
KV2＝0.0409
　　則流量(liàng)系數KV的取值(zhi)範圍［0.0136，0.0409］，利用黃(huang)金分割法，通(tong)過C語言編寫(xie)程序求解KV最(zui)優值，流程如(rú)圖4所示。

　　由C語(yu)言程序得出(chū)ＫV最優值爲0.016　82，将(jiang)該數據帶入(ru)上述公式中(zhong)☀️，當閥前壓力(li)434Kpa時最大流量(liang)Ｑmax1爲372NL/ｈ，當閥前壓(ya)力144Kpa時最大流(liu)量Ｑmax2爲124NL/ｈ，滿足工(gong)藝要求。
3　結束(shu)語
　　通過推出(chu)氟氣流量計(jì)，解決了氟氣(qi)流量測量誤(wu)差大💋、氟氣利(lì)用率低等問(wèn)題，間接提高(gao)産品質量，減(jiǎn)少核材料的(de)浪費。該氟氣(qì)流量測量裝(zhuāng)置爲今後流(liú)量計、氣動薄(bao)膜調節閥的(de)♋流量系數選(xuǎn)擇提供理論(lun)依據。

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