基于質(zhì)量流量計(jì)的檢定裝置設(shè)計(jì)與研制

介紹一套質(zhì)量流量計(jì)檢定裝置。文中對(duì)該裝置的總體設(shè)計(jì)構(gòu)成，檢定方法及工作原理等進(jìn)行了詳細(xì)介紹。該裝置檢定范圍為1～3000kg，系統(tǒng)不確定度達(dá)到萬分之三，符合國(guó)家規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量流量計(jì);標(biāo)準(zhǔn)裝置;檢定;設(shè)計(jì)

Application and Research of Device about Tested Mass Flowmeter

ZHU Yuhua1, LIU Jingfeng2, LI Xiaochun2

1.Engineering College, Shenyang University of Technologye,

Li aoyang 111003, China;

2.Fushun Petroleum Factory, Fushun 113004, China)

Key words: mass flowmeter; standard device; test; design

1質(zhì)量流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝置的總體設(shè)計(jì)

根據(jù)質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量范圍設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)為：

　　(1)裝置的準(zhǔn)確度：對(duì)于DN25(15) 50(40) 100(80)實(shí)驗(yàn)段優(yōu)于±0.05%。

　　(2)各實(shí)驗(yàn)段流量流速：最高流速達(dá)到7m/s，每實(shí)驗(yàn)段的流量范圍度為1∶20。

　　(3)稱量時(shí)間：在按靜態(tài)質(zhì)量法原理工作時(shí)，稱量容量容積的設(shè)計(jì)應(yīng)保證在各實(shí)驗(yàn)段的最大流量時(shí)，稱量時(shí)間不小于40s;為減少在最小流量下的稱量時(shí)間，稱量容器可在50%最大稱量下使用，此時(shí)電子稱量系統(tǒng)仍能保證最高精度。

　　(4)稱量容量容積：為保證40s的稱量時(shí)間，各容量容積分別為TK1 500m3、TK2 3000m3。

裝置主要有流源系統(tǒng)、秤量系統(tǒng)、稱量容器、換向裝置、質(zhì)量流量計(jì)等主要設(shè)備組成。

2.1流源系統(tǒng)

流源系統(tǒng)由水泵、水池、真空罐、過濾除氣器、閥門管件及變頻調(diào)速電力控制等組成，本裝置主要用于標(biāo)定科里奧利式質(zhì)量流量計(jì)，采用變頻調(diào)速穩(wěn)壓法及流量調(diào)節(jié)結(jié)合式，以產(chǎn)生穩(wěn)定的流源。由于工業(yè)管道中，介質(zhì)流速一般在1～5m/s之間，而且質(zhì)量流量計(jì)流通能力大，范圍寬(一般可達(dá)10∶1，甚至可達(dá)30∶1)，因此選取7m/s為管道最大流速，以適應(yīng)檢定質(zhì)量流量計(jì)的要求。水池容積選擇為12m×4.5m×1.8m=97.2m2。水池全長(zhǎng)12m，回水順?biāo)髡純深^，中間有隔墻設(shè)計(jì)。由于該裝置建設(shè)地點(diǎn)地勢(shì)較洼，地下水位高，因此從防水，防潮出發(fā)，把3臺(tái)機(jī)泵設(shè)置在地面上，并設(shè)計(jì)了3個(gè)不銹鋼真空罐，保證了水泵正常工作。同時(shí)在流體進(jìn)入檢定路線前，加過濾除氣器，使流體在連續(xù)的過程中，保持水質(zhì)清潔和除去流體中的氣體。

2.2秤量系統(tǒng)(電子秤)

電子秤是檢定裝置的關(guān)鍵設(shè)備，其靈敏度、精確度、重復(fù)性、可靠性決定標(biāo)準(zhǔn)裝置的精度。我們選用德國(guó)進(jìn)口(整體)梅特勒托利多多量程、萬分之二精度的電子秤，作為流量檢定的標(biāo)準(zhǔn)器具。

2.3稱量容器

共有2臺(tái)不同容積的稱量容器：一臺(tái)500m3：另一臺(tái)3000m3，均采用不銹鋼制造，并配備氣動(dòng)球閥，氣/電轉(zhuǎn)換采用軟連接，容器平穩(wěn)的安裝在電子秤臺(tái)上。

2.4換向裝置

換向裝置由換向器、行程開關(guān)和電磁閥組成。它用來改變液流的流向，使流體流向稱量容器或流向旁路。該裝置通過與之聯(lián)結(jié)的行程開關(guān)反饋一個(gè)信號(hào)進(jìn)行切換，同時(shí)控制計(jì)數(shù)器和計(jì)算機(jī)使其開始或停止計(jì)量，所以換向裝置是整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)裝置中影響精度最直接最關(guān)鍵部件之一，其正反行程差直接導(dǎo)致系統(tǒng)誤差。我們選擇了丹東通博電器公司生產(chǎn)的電動(dòng)換向器。切換動(dòng)作完成后，在橫向過程中流體不外濺和溢出，也不對(duì)管道內(nèi)流體的流動(dòng)產(chǎn)生影響。換向裝置單向行程時(shí)間小于200ms，正反行程時(shí)間差小于20ms。

2.5質(zhì)量流量計(jì)

三套臺(tái)位分別連接了美國(guó)羅斯蒙特公司生產(chǎn)的千分之二精度的質(zhì)量流量計(jì)。安裝質(zhì)量流量計(jì)的主要作用是：在檢定流量時(shí)，在線檢定介質(zhì)的密度、溫度、流量瞬時(shí)值、累積值，實(shí)現(xiàn)流量或定量控制，同時(shí)對(duì)檢定流量在線修正和補(bǔ)償。?

控制系統(tǒng)為上、下位機(jī)兩層結(jié)構(gòu)。上位機(jī)采用PC兼容機(jī)(具有全配置，包括臺(tái)灣研華工控機(jī)、彩顯、24行打印機(jī))，完成運(yùn)算、制表等功能。下位機(jī)為專用PLC(可編程控制器)配有手操面板、控制柜(CLJX-4型數(shù)據(jù)采集控制柜)等，主要用于將檢定管線的流量、溫度、壓力信號(hào)接入，并通過接口與微機(jī)進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)交換，完成各種控制功能。下位機(jī)、稱重設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基與上位機(jī)之間均采用RS-485進(jìn)行通訊?？刂葡到y(tǒng)硬件組成如圖1所示。

由研華工控機(jī)、可編程控制器(RS?485接口，A/D轉(zhuǎn)換)、高穩(wěn)定時(shí)基、手操盤(操作指示面板)、繼電器及接線柜、電子秤(梅特勒托力多高精度，多系統(tǒng)工業(yè)用電子秤)、電控柜(富士公司變頻調(diào)速器及手操系統(tǒng))及機(jī)泵(格蘭富士公司高穩(wěn)定機(jī)泵)組成。

3.2軟件功能及環(huán)境

以WINDOWS98為主程序軟件開發(fā)平臺(tái)，具有控制、運(yùn)算、動(dòng)態(tài)畫面、自診斷、通訊、自動(dòng)繪制曲線及制表功能。人機(jī)界面友好，美觀，操作方便。