摘要:針(zhēn)對建設(shè)專用裝(zhuang)置檢定(dìng)浮子流(liu)量計 ,場(chǎng)地占用(yòng)大且無(wu)法滿足(zú)實流檢(jiǎn)定的問(wen)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(liang)法,1台150kg的(de)精度電(dian)子秤爲(wei)主标準(zhun)器。用專(zhuān)用電動(dòng)換向器(qi),保證💚換(huàn)向同步(bù)性。設計(ji)基于可(kě)編程邏(luó)輯控制(zhi)器(PLC)的控(kòng)制系統(tǒng),通過對(duì)夾表器(qi)夾緊力(lì)的實時(shi)監測,大(dà)幅度降(jiang)低👨‍❤️‍👨被測(cè)浮子流(liú)量計玻(bo)璃管在(zài)安裝過(guo)程✍️中損(sun)壞的可(ke)能性。采(cǎi)用液體(ti)流量💜标(biao)準裝置(zhi)檢定🥰規(gui)程中的(de)方法🚩對(duì)整套裝(zhuang)置進行(háng)實驗及(jí)❌不确定(dìng)度評定(dìng),得到🛀🏻其(qí)擴展不(bu)确定度(du)爲0.25%(k=2)。裝置(zhi)具有🌂方(fāng)便移動(dòng)🥵、可拆卸(xiè)、可快速(su)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(fú)子流量(liàng)計實驗(yan)室或現(xian)場校準(zhun)的需求(qiu)。
0引言
　　浮(fú)子流量(liàng)計是一(yi)種使用(yòng)簡單、讀(dú)數方便(biàn)的瞬時(shi)體♍積流(liu)量🆚測量(liàng)儀表,适(shi)用于低(di)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(liàng)測量:工(gong)況"。因其(qi)結構簡(jiǎn)單、工作(zuo)可靠、流(liu)量穩定(dìng)、可測低(dī)流速介(jiè)質等優(you)點明,浮(fú)子流量(liàng)計被廣(guǎng)泛用于(yu)電🏒力、石(shí)化、化㊙️工(gong)、冶金、醫(yi)藥.環境(jìng)保護、污(wu)水處理(li)等領域(yu)。
　　浮子流(liu)量計工(gōng)作介質(zhi)自下而(er)上流動(dòng),不能水(shui)平安💛裝(zhuāng)。檢定🧑🏽‍🤝‍🧑🏻介(jie)質與刻(kè)度介質(zhì)不同時(shi)需要進(jìn)行刻度(du)換算和(he)粘度修(xiū)正。國内(nèi)各技術(shù)機構和(he)企業現(xian)有水流(liú)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(dìng)裝置,場(chǎng)㊙️地占用(yong)大且功(gōng)能單一(yi)。另外,實(shí)驗室對(dui)浮子流(liú)量計的(de)檢定通(tōng)常在🌂水(shuǐ)流量裝(zhuang)置上進(jìn)行,無法(fǎ)☂️模拟出(chū)實際介(jie)質條件(jiàn)。雖然實(shi)驗室檢(jiǎn)定可給(gei)🔱出儀表(biao)在.标準(zhǔn)條件下(xia)的計量(liàng)性能,但(dàn)會因實(shi)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(lai)附加誤(wù)差。因此(cǐ),研究可(ke)移動檢(jiǎn)定裝置(zhì),實現被(bei)檢流量(liang)計工況(kuang)條件下(xià)的現場(chǎng)⚽計量,對(duì)浮子流(liú)量計的(de)檢測具(jù)有重要(yao)意義。
　　本(ben)文建立(lì)了一套(tao)可移動(dong)、可與各(ge)種液體(ti)流量裝(zhuang)置㊙️高📧效(xiào)組合的(de)浮子流(liu)量計檢(jian)定裝置(zhi),能夠快(kuài)速将水(shui)平流場(chǎng)轉換爲(wèi)适于浮(fú)子流量(liàng)計檢定(dìng)的垂直(zhi)流場🧑🏽‍🤝‍🧑🏻,很(hen)好的滿(mǎn)足了多(duo)參數🥵、多(duō)規格、各(ge)種液體(tǐ)工作介(jie)質浮子(zi)流量計(ji)的現場(chang)和實驗(yan)室🔞檢測(ce)需求。
1浮(fú)子流量(liàng)計檢定(dìng)裝置測(ce)量原理(lǐ)
　　流量标(biao)準裝置(zhi)是流量(liàng)儀表進(jin)行檢測(ce)完成量(liàng)值傳遞(dì)的重要(yào)👉設備,是(shi)保證流(liú)量儀表(biao)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(zhi)分爲靜(jing)态質量(liàng)法、靜态(tài)容積法(fǎ)、動态質(zhì)量法和(he)動态容(rong)積法。本(běn)文設計(jì)的浮子(zǐ)流量計(ji)檢定裝(zhuāng)置爲靜(jing)态質量(liang)标準裝(zhuang)置💚,流量(liang)源恒壓(yā),流量穩(wen)定,測量(liang)精度高(gāo)。靜态質(zhi)量法流(liú)量标準(zhǔn)裝置🚶‍♀️測(cè)量原理(lǐ)是将一(yi)定時間(jian)内通過(guo)🛀流量計(ji)的介質(zhì),經由換(huan)👈向器全(quan)部導人(rén)置于稱(chēng)量标準(zhun)器㊙️上的(de)容器中(zhong),然後測(cè)🔴量容器(qì)中介質(zhì)的質量(liang)從而得(dé)到流過(guo)流🌍量計(jì)的介質(zhì)質量,再(zài)通過測(ce)量時間(jiān)得到質(zhì)量流量(liang)。數學模(mo)型爲
 
式(shì)中:Q一累(lèi)積質量(liang)流量,kg/s;
qm一(yi)-瞬時質(zhi)量流量(liang),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(zhí),kg,
t,t1,t2一測量(liàng)時間,s。
2浮(fu)子流量(liàng)計檢定(ding)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(bèi)廣泛應(ying)用于小(xiao)管徑、低(dī)流速測(cè)流領域(yu)。以液體(ti)爲☁️例,口(kou)徑10mm以下(xia)玻璃管(guǎn)浮子流(liú)量計滿(mǎn)度流量(liàng)的名義(yì)管徑,流(liú)速隻在(zai)0.2~0.6m/s之間,甚(shen)至低于(yu)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(he)表2。
 
　　根據(ju)常用流(liu)量計口(kǒu)徑、精度(du)等級和(hé)流量測(ce)量範圍(wéi)進行裝(zhuang)置設計(jì),具體設(shè)計指标(biāo)見表3。裝(zhuāng)置設計(ji)采用測(ce)量精度(du)較高的(de)靜态質(zhì)量法,流(liú)量範圍(wei)0.006~16m2/h,滿足常(chang)用口徑(jing)DN15~DN50液體浮(fu)子流量(liàng)計檢定(ding)需🐆求。浮(fú)子流量(liang)計檢定(dìng)裝置的(de)擴展不(bú)确定度(dù)應優于(yú)被檢流(liu)量計最(zuì)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(jì)爲1.0級(表(biao)2),因🐅此組(zu)合裝置(zhì)的擴展(zhan)不确定(ding)度💘應優(you)于0.5%。爲保(bao)證測量(liang)正确率(lü),浮子流(liu)量🔅計安(an)裝傾斜(xié)角度應(ying)<2°。爲了方(fāng)便裝置(zhì)的移動(dòng)、拆卸和(hé)高效組(zu)裝,整套(tào)裝置高(gao)度應不(bú)超過2m。
 
2.2裝(zhuang)置結構(gòu)設計
　　浮(fu)子流量(liàng)計檢定(dìng)裝置結(jié)構設計(jì)如圖1,其(qi)主體爲(wei)2個長方(fāng)體❗框架(jia),由浮子(zǐ)流量計(jì)裝夾表(biao)系統和(hé)稱量系(xi)‼️統(含水(shui)流🈚換向(xiàng)系統)組(zǔ)成。浮子(zi)流量計(ji)裝夾表(biao)系統中(zhong)部爲工(gong)作台面(miàn),台面🥵一(yi)側安裝(zhuang)有水平(ping)尺,框架(jia)底部安(an)裝有🐇4個(ge)腳輪和(he)4條可伸(shen)縮支腳(jiǎo)便于🐪裝(zhuāng)置的移(yí)動和調(diao)節固定(dìng)。進水管(guǎn)路上依(yī)次安裝(zhuang)有快速(sù)接頭、開(kai)關閥、調(diào)節閥和(hé)排水閥(fa)。裝置上(shàng)端設置(zhì)手動夾(jia)表器,實(shí)現被檢(jian)浮子流(liu)量計的(de)安裝與(yu)🏃🏻拆卸。稱(chēng)重系統(tong)包括換(huan)向器、稱(chēng)量容器(qi)和電子(zǐ)秤。稱重(zhòng)系統下(xia)部爲🔅工(gong)作台面(miàn),同樣安(an)裝水平(ping)尺、腳輪(lun)和可伸(shen)縮支腳(jiao),實😄現被(bei)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(yi)下包括(kuò)DN15、DN20和DN25爲一(yi)~條管線(xiàn),另⭕一㊙️個(ge)爲🏃DN32、DN40和DN50浮(fú)子流量(liàng)計檢定(dìng)台位。采(cai)用變換(huàn)管段的(de)方式,在(zai)有⛷️限的(de)2個工作(zuò)台位上(shang)覆蓋了(le)DN15~DN50所有管(guan)徑浮子(zi)流量計(jì)的檢定(dìng)能力。一(yi)個台位(wei)工作的(de)同時可(kě)在另一(yi)個台位(wei)安裝被(bei)㊙️檢表,可(kě)有效提(ti)高檢定(dìng)效率。
　　機(ji)械設計(jì)上,采用(yong)電動數(shù)控換向(xiàng)器和夾(jia)表器超(chāo)限報警(jing),提高檢(jian)測過程(cheng)的自動(dong)化和智(zhi)能化程(chéng)度。首先(xiān),電動🌍換(huan)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(kuang)下仍🈚可(kě)使用。其(qí)次,在❄️夾(jia)裝過程(cheng)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(guan)極易被(bèi)🌍氣動夾(jia)表器夾(jiá)碎,采用(yòng)帶有夾(jia)緊力超(chāo)限報警(jing)功能的(de)手動夾(jiá)表器可(kě)以有效(xiào)解決這(zhe)個問題(tí)。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(kǒu)管道同(tóng)軸度和(he)工作台(tái)面的垂(chui)直度要(yao)✉️求💛比較(jiao)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(kong)制部分(fèn)主要包(bāo)括夾緊(jin)力控制(zhi)系統、換(huan)向器控(kòng)制系統(tǒng)和稱重(zhòng)控制系(xì)統(圖2),獲(huo)取電子(zi)稱讀數(shù)、控制夾(jia)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(yóu)計算機(ji)完成。在(zài)夾緊力(lì)控制系(xi)統的設(she)計,上,考(kǎo)慮到被(bei)檢浮子(zǐ)流量計(jì)容易損(sun)壞,在每(mei)個夾表(biao)器.上安(ān)裝夾緊(jin)力傳感(gǎn)器(夾緊(jin)力測試(shi)儀☁️1和夾(jiá)緊力測(ce)試儀2)。當(dāng)夾緊🏃‍♀️力(li)過大時(shi),由計算(suàn)機進行(hang)夾緊力(lì)超限報(bào)警,提示(shi)操作人(rén)員停止(zhi)夾緊動(dong)作;換向(xiàng)器控制(zhi)系統♍中(zhōng),換向器(qi)是液體(tǐ)流量裝(zhuāng)置的重(zhòng)要組成(chéng)部分,其(qí)不确定(ding)度🥰大小(xiao)對裝置(zhì)👄整體合(he)成不确(què)定度有(you)較大影(ying)響1011)影響(xiang)換向器(qi)精度的(de)主要因(yīn)素是實(shi)際注水(shuǐ)時間和(he)觸發光(guang)電信号(hao)所産生(sheng)㊙️時間之(zhi)間的誤(wu)差凹本(ben)裝置采(cai)用步進(jin)電機驅(qū)動㊙️分水(shui)器換向(xiàng),由PLC發送(sòng)脈沖控(kong)制電機(jī)🐉轉速、加(jiā)速度和(hé)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(ji)驅動器(qi)按照勻(yun)加速-定(ding)速勻減(jian)速的🆚方(fang)式發送(sòng)脈沖,換(huàn)向器電(dian)機帶着(zhe)換向器(qi)導流體(tǐ)進行加(jia)速-勻速(sù)-減速的(de)🚶運行。控(kòng)制換向(xiang)器運動(dong),保證裝(zhuāng)置不确(què)定度水(shuǐ)平;稱重(zhong)控制系(xì)統中,裝(zhuang)置主标(biāo)準器精(jīng)度高電(dian)子秤通(tōng)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(xi)統設計(jì)
　　浮子流(liu)量計檢(jiǎn)定裝置(zhi)和液體(tǐ)流量裝(zhuang)置連接(jie)後的系(xì)統示意(yì)圖如圖(tu)3,組合裝(zhuang)置由儲(chǔ)水系統(tong)、水源循(xun)環穩壓(ya)系統、變(bian)頻㊙️調速(sù)系統、裝(zhuāng)夾表系(xì)統、水流(liú)換向系(xi)統、計算(suan)機控制(zhi)系統、标(biāo)🈚準器和(he)🏃🏻儀表檢(jian)定管線(xian)系統組(zu)成。在水(shuǐ)流量裝(zhuāng)置管段(duan)前後安(ān)裝三通(tōng)閥和預(yu)留旁路(lù),通過控(kong)制三通(tōng)閥實現(xian)水流在(zài)試驗管(guan)路和旁(pang)㊙️路之間(jiān)的切換(huàn),三通閥(fa)的一端(duan)🔴分别通(tōng)過軟管(guǎn)🐪與可移(yí)動浮子(zǐ)⁉️流量計(ji)檢定裝(zhuang)💛置的人(ren)、出口相(xiang)連,形成(cheng)浮子流(liu)量計檢(jian)定回路(lu)。浮子流(liú)量計檢(jiǎn)定裝置(zhi)和液體(tǐ)流量裝(zhuang)置連接(jie)成高效(xiào)🔅組合裝(zhuāng)置,将水(shui)平流場(chǎng)轉換📱成(cheng)适合浮(fu)子流量(liàng)計檢定(dìng)的垂直(zhí)流場。
 
3浮(fú)子流量(liang)計檢定(ding)裝置的(de)不确定(ding)度分析(xi)
　　依據JJG164-2000液(yè)體流量(liàng)标準裝(zhuāng)置檢定(dìng)規程對(duì)浮子流(liu)量計檢(jian)定裝置(zhi)☂️進‼️行不(bú)确定度(du)評定叫(jiao)。不确定(dìng)度分量(liàng)主要包(bāo)括計🤩時(shí)器、電子(zǐ)秤和換(huan)向器。利(li)用北京(jing)計量院(yuan)水流量(liang)标準裝(zhuang)置作爲(wei)動力源(yuan),對研發(fa)的浮子(zǐ)流量計(jì)檢定裝(zhuāng)置進行(hang)不🤩确定(dìng)度評定(ding)。換向器(qì)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼在水流(liu)量标準(zhǔn)裝置各(ge)👈組成部(bu)分中極(ji)爲關鍵(jiàn),在🏃🏻整個(gè)裝置不(bu)确定度(du)中占有(yǒu)相當比(bǐ)重,是整(zheng)個裝置(zhi)不确定(ding)度的主(zhu)要來源(yuán)🐕,本文采(cǎi)🔴用行程(chéng)差法對(duì)換向器(qì)換人/換(huàn)出重複(fu)性誤差(chà)進行測(ce)量。浮子(zǐ)流量計(jì)檢定裝(zhuang)置各不(bu)确定度(dù)分🧑🏾‍🤝‍🧑🏼量評(píng)定結果(guo)見表4和(hé)表5。
 
　　依據(jù)JJG164-2000,浮子流(liú)量計檢(jiǎn)定裝置(zhì)的合成(chéng)不确定(dìng)度u=0.1095%,裝置(zhì)的🏃🏻擴展(zhǎn)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(you)于被檢(jian)流量計(ji)最大允(yǔn)許🔞誤差(chà)的1/2日。組(zǔ)合裝置(zhì)擴展不(bú)确定度(du)0.25%,滿足最(zuì)高🤩等級(ji)浮子流(liú)量檢定(ding)要求。
4解(jiě)決的問(wen)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(shù),解決移(yí)動裝置(zhi)在現場(chang)應用🈲時(shi),由于不(bú)具備壓(ya)縮空氣(qì),帶來的(de)換向稱(cheng).重系統(tong)無法使(shǐ)用的問(wèn)題。
2)采用(yong)帶有夾(jia)緊力超(chao)限報警(jǐng)功能的(de)手動夾(jiá)表器,解(jiě)決玻璃(li)管浮子(zǐ)流量計(ji)夾裝過(guo)程中,容(róng)易被夾(jiá)表器損(sǔn)壞的問(wèn)題
3)解決(jué)了多種(zhǒng)工作介(jie)質浮子(zǐ)流量計(jì)的檢測(cè)問.題本(běn)⭐裝置⚽可(kě)與⭕各🆚種(zhong)裝置包(bāo)括水流(liú)量、油流(liu)量、高黏(nian)液體流(liú)量等連(lián)通,實現(xiàn)各🈲種浮(fu)子流量(liàng)計包括(kuo)玻璃浮(fú)子流量(liang)計、金屬(shǔ)浮子流(liú)量計和(hé)塑料浮(fu)子🍉流量(liàng)計等.的(de)在線檢(jian)測,無需(xū)刻度換(huan)算和粘(zhan)度修正(zhèng)。
4)提高了(le)檢測效(xiao)率。裝置(zhì)設計2個(gè)被檢表(biao)台位,每(mei)個台位(wèi)都有各(ge)自的開(kai)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(tai)🈲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(ke)移動拆(chāi)卸方便(biàn)、可快速(su)組合的(de)浮子流(liú)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(jian)少換人(ren)/換出☔行(háng)程差和(he)重複性(xìng)誤差,爲(wei)避免浮(fu)子流量(liàng)✨計被夾(jiá)碎設計(ji)了夾緊(jin)🛀🏻力報警(jing)功能。實(shí)⭐驗結果(guo)表明,組(zu)合裝置(zhi)的不确(què)定👈度(U=0.25%,k=2.23)可(ke)有效滿(man)足DN15~DN50,流量(liang)範圍0.006~16m3/h浮(fú)子🏃🏻‍♂️流量(liang)計的實(shí)驗室和(hé)現場檢(jiǎn)定需求(qiú)。

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