基于質(zhì)量流量計的檢定裝置設計與研制

介紹一套質(zhì)量流量計檢定裝置。文中對該裝置的總體設計構成，檢定方法及工作原理等進(jìn)行了詳細介紹。該裝置檢定范圍為1～3000kg，系統不確定度達到萬(wàn)分之三，符合國家規范要求。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量流量計;標準裝置;檢定;設計

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)量流量計標準裝置的總體設計

根據質(zhì)量流量計測量范圍設計的技術(shù)指標為：

　　(1)裝置的準確度：對于DN25(15) 50(40) 100(80)實(shí)驗段優(yōu)于±0.05%。

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

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

　　(4)稱(chēng)量容量容積：為保證40s的稱(chēng)量時(shí)間，各容量容積分別為T(mén)K1 500m3、TK2 3000m3。

裝置主要有流源系統、秤量系統、稱(chēng)量容器、換向裝置、質(zhì)量流量計等主要設備組成。

2.1流源系統

流源系統由水泵、水池、真空罐、過(guò)濾除氣器、閥門(mén)管件及變頻調速電力控制等組成，本裝置主要用于標定科里奧利式質(zhì)量流量計，采用變頻調速穩壓法及流量調節結合式，以產(chǎn)生穩定的流源。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)量流量計流通能力大，范圍寬(一般可達10∶1，甚至可達30∶1)，因此選取7m/s為管道最大流速，以適應檢定質(zhì)量流量計的要求。水池容積選擇為12m×4.5m×1.8m=97.2m2。水池全長(cháng)12m，回水順水各占兩頭，中間有隔墻設計。由于該裝置建設地點(diǎn)地勢較洼，地下水位高，因此從防水，防潮出發(fā)，把3臺機泵設置在地面上，并設計了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(xiàn)前，加過(guò)濾除氣器，使流體在連續的過(guò)程中，保持水質(zhì)清潔和除去流體中的氣體。

2.2秤量系統(電子秤)

電子秤是檢定裝置的關(guān)鍵設備，其靈敏度、精確度、重復性、可靠性決定標準裝置的精度。我們選用德國進(jìn)口(整體)梅特勒托利多多量程、萬(wàn)分之二精度的電子秤，作為流量檢定的標準器具。

2.3稱(chēng)量容器

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

2.4換向裝置

換向裝置由換向器、行程開(kāi)關(guān)和電磁閥組成。它用來(lái)改變液流的流向，使流體流向稱(chēng)量容器或流向旁路。該裝置通過(guò)與之聯(lián)結的行程開(kāi)關(guān)反饋一個(gè)信號進(jìn)行切換，同時(shí)控制計數器和計算機使其開(kāi)始或停止計量，所以換向裝置是整個(gè)標準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致系統誤差。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(guò)程中流體不外濺和溢出，也不對管道內流體的流動(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

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

控制系統為上、下位機兩層結構。上位機采用PC兼容機(具有全配置，包括臺灣研華工控機、彩顯、24行打印機)，完成運算、制表等功能。下位機為專(zhuān)用PLC(可編程控制器)配有手操面板、控制柜(CLJX-4型數據采集控制柜)等，主要用于將檢定管線(xiàn)的流量、溫度、壓力信號接入，并通過(guò)接口與微機進(jìn)行通訊和數據交換，完成各種控制功能。下位機、稱(chēng)重設備、標準時(shí)基與上位機之間均采用RS-485進(jìn)行通訊?？刂葡到y硬件組成如圖1所示。

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

3.2軟件功能及環(huán)境

以WINDOWS98為主程序軟件開(kāi)發(fā)平臺，具有控制、運算、動(dòng)態(tài)畫(huà)面、自診斷、通訊、自動(dòng)繪制曲線(xiàn)及制表功能。人機界面友好，美觀(guān)，操作方便。