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改造現(xiàn)有流量標準裝置實現(xiàn)流量計校準自動化
更新時間:2011-01-22   點擊次數(shù):2781次

當前,科技的發(fā)展要求國防計量技術機構要不斷提高工作效率,為其提供及時、準確、可靠的計量服務。對于流量計量來說,各種流量標準裝置是實施計量服務的主要手段,其自身的功能、精度與*程度就顯得至關重要。

    我站在現(xiàn)有流量標準裝置的改造方面做了大量的工作,從中也積累了一些經驗和方法。下面本文就以本站的燃油流量標準裝置為例論述實現(xiàn)流量標準裝置微機自動控制校準等多方面技術改造的過程及方法,使其提高工作效率,從而更好地滿足當前國防科技工業(yè)在燃油流量計校準方面的需求。

    1 裝置的結構及工作原理

    1.1 裝置的結構

    裝置主要由泵(3臺)、貯油箱、標準秤(兩套)、稱量容器(兩套)、工作砝碼、試驗管路等部分組成,共分為大流量、小流量兩套稱量系統(tǒng)(以下簡稱大系統(tǒng)、小系統(tǒng)),見圖1。

圖1 燃油流量標準裝置結構示意圖

    1.2 工作原理

    開啟泵11(或12、13),將流量調節(jié)閥8調至合適的流量,燃油通過整流器16及被檢流量計10、標準流量計9進入稱量容器4,又通過底閥5流入貯油箱6,形成循環(huán)。試驗開始時打開控制電磁閥7,關閉底閥5,當稱量容器4中增加的液體達到預定質量m1(皮重)時,秤桿抬起,由傳感器感受的信號啟動流量積算儀同步記下時間和流量計脈沖數(shù),當稱量容器4內的液位達到第二次預設質量m2時,秤桿又抬起,光電信號傳感器1的信號使積算儀的計時、計數(shù)停止,記下時間、脈沖。根據收集到的質量(m2-m1),測量時間間隔,通過換算即可計算出容積流量

   

    式中:qv為體積流量,m/s;m為標準砝碼質量,kg;k為秤臂比值,無量綱,檢定時給出;ρw為標準砝碼密度,kg/m3;ρ0為空氣密度,kg/m3;ρ1為油液密度,kg/m3;t為測量時間,s。

    打開底閥5,放空稱量容器4內的燃油,重復以上步驟完成一臺流量計的校準。

    1.3 裝置改造前的工作狀況

    該標準裝置是我站上世紀80年代初從美國COX公司引進的COX311-AHT型燃油流量標準裝置,其性能指標與當時美國國家標準局(NBS)的標準基本相同,具有很強的比對功能。自安裝之后,就一直擔負著國防系統(tǒng)多家科研院所和企業(yè)的各種燃油流量計的校準任務。

    由于受當時技術水平的限制,該裝置的校準及數(shù)據處理過程基本人工化,工作效率不高,其中對參與運算的流體狀態(tài)參數(shù)(溫度、脈沖、時間、密度等)都為人工讀取。另外因試驗工作繁重,裝置長期處于工作狀態(tài),致使裝置系統(tǒng)內多種機械、電子元件都受到一定程度的損害甚至不能正常使用。

    另外從我們多年來工作中了解到的情況來看,燃油流量計的實際使用環(huán)境千差萬別,大概80%的流量計工作溫度不是常溫或室溫,所以由于校準狀態(tài)和工作狀態(tài)的不同,也會帶來一定的使用誤差。

    2 實施裝置改造的具體措施和方法

    (1)裝置的溫控系統(tǒng)

    為實現(xiàn)校準介質可變溫的目的,我們做了以下工作:加工了冷、熱水箱各一個,每個水箱容積為1.1m3,其中熱水箱為電和蒸汽加熱組合方式,另配2臺管道泵,泵的流量為6~10m3/h,揚程30m,以水和油的熱交換來改變油溫,達到變溫的目的。可變溫范圍為從常溫到80℃,使該裝置具備了能zui大限度地復現(xiàn)被檢流量計實際工作狀態(tài)的能力。從而減少了因校準狀態(tài)與工作狀態(tài)不同所造成的誤差,確保校準工作的科學性和嚴謹性。

    (2)裝置試驗管路更新和標準表法校準裝置的添加

    為了提高校準工作效率并減少標準秤的使用次數(shù)、延長其使用壽命,我們將裝置的試驗管路預留了標準表接口,配備了一組標準表(標準表為渦輪流量計,型號口徑為Ф15,Ф25,Ф40,Ф50,Ф80,Ф100各一臺)。這樣裝置可實現(xiàn)三種校準方式:*,被校流量計使用精度高時使用稱量法;第二,被校流量計使用精度不高時采用標準表法校準;第三,當被校流量計數(shù)量較多時,可同時在試驗管道上串聯(lián)安裝兩臺同型號的流量計并一次檢出。由此看出,裝置試驗管路的改造,使其又多了一種標準表校準的方法,給流量計的校準工作所帶來的效率也是顯而易見的。

    (3)裝置內控制設備及電氣控制元件的改造

    由于該裝置制造年代久且多年使用過頻,其控制系統(tǒng)部分電、氣控元件老化、損壞,可操作性差。例 如大小泵的轉換控制、稱量容器底閥的開啟、關閉等均為人工操作。所以針對裝置在控制系統(tǒng)方面存在的問題,我們做以下改造:

    ①安裝3臺電控氣閥,分別控制大、小泵的轉換和大、小系統(tǒng)稱量容器底閥的開啟和閉合;

    ②將大小系統(tǒng)試驗管路上安裝兩臺電動/手動自動球閥及兩套氣動伸縮夾具,zui大程度地方便了對不同型號流量計的裝卸,尤其是特殊尺寸流量計的裝卸,提高了這方面的工作效率;

    ③大、小系統(tǒng)試驗管路上分別安裝兩套溫度、壓力傳感器,并由計算機實現(xiàn)對狀態(tài)參數(shù)的自動采集;

    ④配備一臺多路轉換開關及一臺流量積算儀,同時更換與其相匹配的信號發(fā)生器兩個,完成了對裝置控制系統(tǒng)的改造,使其具備了微機自動控制校準的功能。

    (4)裝置微機自動控制校準軟件系統(tǒng)程序的配置

    該軟件以C++為開發(fā)工具進行編程,使軟件系統(tǒng)具備檢定參數(shù)設定、校準秤和油泵選擇到流量計檢定過程、數(shù)據處理、校準結果的輸出和存儲功能。其軟件具體程序流程如圖2所示。

S:檢定參數(shù)設定;R:檢定結果及數(shù)據查詢;L:檢定曲線;G:工藝流程圖;
M:人工數(shù)據輸入;T:變送器參數(shù)設定;P:證書打印

圖2 校準軟件程序流程圖

    3 總結

    改造后的燃油流量標準裝置,從校準功能到自動操作程度上都優(yōu)于改造前,具體體現(xiàn)在以下方面:

    (1)增添標準表法流量校準功能,成倍地提高了校準流量計的工作效率,尤其是在成批量校檢流量計時更為顯著;

    (2)對參與運算的流體狀態(tài)參數(shù)實施在線自動采集由微機數(shù)據處理系統(tǒng)實現(xiàn)多參數(shù)補償,消除了因人工讀取狀態(tài)參數(shù)所帶來的人為誤差;

    (3)裝置大系統(tǒng)試驗管路經改造后(將原來的80mm口徑管路改換為100mm口徑的管路)使其zui大流量由原來的90m3/h提高到現(xiàn)在的104m3/h;

    (4)微機自動控制校準系統(tǒng)的配置,使裝置基本具備了自動校準流量計的功能?,F(xiàn)除裝卸流量儀表和使用流量調節(jié)閥調流量為人工操作外,其他操作均已實現(xiàn)微機自動化。從而達到裝置改造的zui終目的。

    4 結束語

    流量標準裝置的研究和應用是流量計量和測試技術發(fā)展的重要基礎,現(xiàn)今將微機、傳感器等高科技技術應用在多種流量標準裝置上,實現(xiàn)多功能、多參數(shù)補償為一體的自動化校準已成為現(xiàn)實。我們相信,隨著今后科學技術的高速發(fā)展,在廣大流量計量科研人員的共同努力下,流量計量測試技術將會提高到一個更高的水平。

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