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質量流量計检定装置的研制与应用

作者:凯时AG网站_官方网站手机版
1、質量流量計標准裝置的總體設計
根据質量流量計测量范围设计的技术指标为:
(1)裝置的准確度:對于DN25(15)50(40)100(80)實驗段優于±0.05%。
(2)各實驗段流量流速:zui高流速達到7m/s,每實驗段的流量範圍度爲1:20。
(3)稱量時間:在按靜態質量法原理工作時,稱量容量容積的設計應保證在各實驗段的zui大流量時稱量時間不小于40s;爲減少在zui小流量下的稱量時間,稱量容器可在50%zui大稱量下使用,此時電子稱量系統仍能保證zui高精度。
(4)稱量容量容積:爲保證40s的稱量時間,各容量容積分別爲TK1500m3、TK23000m3。
 
2、裝置的組成及主要設備
裝置主要有流源系統、秤量系統、稱量容器、換向裝置、質量流量計等主要設備組成。
2.1流源系統
流源系统由水泵、水池、真空罐、过滤除气器、阀门管件及变频调速电力控制等组成,本装置主要用于标定科里奥利式質量流量計,采用变频调速稳压法及流量调节结合式,以产生稳定的流源。由于工业管道中介质流速一般在1~5m/s之间,而且質量流量計流通能力大,范围宽(一般可达10:1,甚至可达30:1),因此选取7m/s为管道zui大流速,以适应检定質量流量計的要求。水池容积选择为12m×4.5mx1.8m=97.2m²。水池全长12m,回水顺水各占两头,中间有隔墙设计。由于该装置建设地点地势较洼,地下水位高,因此从防水,防潮出发,把3台机泵设置在地面上,并设计了3个不锈钢真空罐,保证了水泵正常工作。同时在流体进入检定路线前,加过滤除气器,使流体在连续的过程中,保持水质清洁和除去流体中的气体。
2.2秤量系統(電子秤)
電子秤是檢定裝置的關鍵設備,其靈敏度、精確度、重複性、可靠性決定標准裝置的精度。凯时AG网站選用德國進口(整體)梅特勒一托利多多量程、萬分之二精度的電子秤,作爲流量檢定的標准器具。
2.3稱量容器
共有2台不同容積的稱量容器:一台500m³:另台3000m³,均采用不鏽鋼制造,並配備氣動球閥,氣電轉換采用軟連接,容器平穩的安裝在電子科台上。
2.4換向裝置
換向裝置由換向器、行程開關和電磁閥組成。它用來改變液流的流向,使流體流向稱量容器或流向旁路。該裝置通過與之聯結的行程開關反饋一個信號進行切換,同時控制計數器和計算機使其開始或停止計量,所以換向裝置是整個標准裝置中影響精度zui直接zui關鍵部件之一,其正反行程差直接導致系統誤差。凯时AG网站選擇了丹東通博電器公司生産的電動換向器。切換動作完成後,在橫向過程中流體不外濺和溢出,也不對管道內流體的流動産生影響。換向裝置單向行程時間小于200ms,正反行程時間差小于20ms。
2.5質量流量計
三套台位分别连接了美国罗斯蒙特公司生产的千分之二精度的質量流量計。安装質量流量計的主要作用是:在檢定流量時,在線檢定介質的密度、溫度、流量瞬時值、累積值,實現流量或定量控制,同時對檢定流量在線修正和補償。
 
3、控制及數據處理系統
控制系统为上、下位机两层结构。上位机采用PC兼容机(具有全配置,包括研华工控机、彩显、24行打印机),完成运算、制表等功能。下位机为专用PLC(可编程控制器)配有手操面板、控制柜( CLJX4型数据采集控制柜)等,主要用于将检定管线的流量、温度、压力信号接入,并通过接口与微机进行通讯和数据交换,完成各种控制功能。下位机、称重设备、标准时基与上位机之间均采用RS-485进行通讯。控制系统硬件组成如图1所示。
3.1硬件組成
由研華工控機、可編程控制器(RS-485接口,A/D轉換)、高穩定時基、手操盤(操作指示面板)、繼電器及接線櫃、電子秤(梅特勒一托力多高精度,多系統工業用電子秤)、電控櫃(變頻調速器及手操系統)及機泵(高穩定機泵)組成。
3.2軟件功能及環境
以 WINDOWS98为主程序软件开发平台,具有控制、运算、动态画面、自诊断、通讯、自动绘制曲线及制表功能。人机界面友好,美观,操作方便。
 
4、檢定方法及工作原理
4.1檢定方法
該裝置以二套電子秤爲主要標准設備,采用靜態稱量法,稱測量時間內經換向器流入稱量容器內的液體量,檢定流量計。
4.2工作原理
(1)檢定前准備:將被檢流量計安裝在相應的台位上,用工業風做氣密實驗。在無滲漏的情況下,打開入口閥、出口閥,然後開泵。使液流經除氣過濾器,被檢流量計,參照流量計,換向器流入旁路,流回水池,使標准裝置處于循環狀態。流量的大小用遙控板控制變頻調速器,達到控制標准裝置的循環流量。一般使流量在檢定上限運行10min,以排除系統中的氣體,使流量、溫度、壓力穩定。
(2)開始檢定:在上述循環過程中,使用變頻調速器調節流量使其穩定在檢定點上進行循環。在稱量顯示器上設置予稱點,計數器清零。啓動定時器,通過電磁閥,使換向器將流入旁路的流體迅速切向稱暈罐。同步行程開關控制計數器和稱量顯示器開始記錄被檢流量計經過的流量(脈沖數)。由定時器使電磁閥控制換向器換向,將流體迅速切向旁路。同步行程開關控制稱量顯示器和計數器停止計數。稱量顯示器的稱量值與計數器的脈沖值進行比較,就可以計算出被檢流量計的准確度。通過定時器控制電器轉換開關使底球閥動作開啓,放淨裏面的液體,再關閉排液底球閥爲下次檢定作好准備。
 
5、標准裝置的誤差
5.1主要設備的誤差
称量装置由电子秤和与其配套的显示器和称量容器组成。电子秤按规格用标准砝码进行检定,其称量误差小于0.02%。为了减小计时误差,称量容器要尽可能大,对zui大预期流量测量时差不小于40s,采用柔性管路连接和电气连接,避免在容器上形成附加力。经换向器流向测量容器的流体应尽可能减少流体的冲击力。测量装置中空气浮力形成的误差用空气浮力修正系数ξ进行修正,ξ=Ps(1/P-1/Pp,)×100%,其中ps为空气密度0.00129g/cm³,Pp为标准砝码密度(g/cm³),p为介质密度(g/cm³)。换向器装置由换向器和行程开关组成。该装置在换向过程中,用来启停计数器,使信号传递时间尽可能小。用实测的方法确定换向装置的性能,把流量稳定在一固定数值上,在一定间隔时间内进行不少于10次的流量测量。然后取几种不同的间隔时间,重复测量根据实测所取得的数据计算出换向器误差。本装置换向zui大系数误差为0.025%,随机误差为0.035%。質量流量計由传感器、变送器和流量数显/积算器组成,用于厂家进行流量和密度校准,并将校准系数输入到变送器,使流量的精度在读数的0.2%之内计时器采用上海电表厂生产的PPlla通用频率计,准确度为4.2×10的-6,随机误差为0.02%。
質量流量計可以直接在線測量液體的溫度和密度。溫度和密度測量的精度分別爲0.5%、0.04%。
5.2裝置穩定性
裝置穩定性按管道台位分別檢定。將流量穩定性在稱量裝置zui大量限循環10min。連續進行幾次(n≥10次)測量,測量後計算出上限流量的穩定性誤差δ=(ta/M)×[(Mi-M)²/(n-1)]1/²,其中Mi爲第i次測量的質量流量,M爲Mi,的平均值,ta爲按tx分布概率爲95%的置信度計算。將流量調至稱量裝置的下限量,由標定程序計算出下限量及下限的穩定性δm下。經實際測試三個檢定台位的穩定性優于0.05%。
5.3裝置總誤差(總不確定度)
根據ISOS168,用方和根法將全部誤差合成。系統誤差δ=(δ²vmax、+δ²m+δ²p+δ²t1+δ²t2+δ²t3+δ²t4)1/2其中:δ一標准裝置系統誤差,δvmax一檢定點中zui大極限相對誤差,δm一電子秤極限相對誤差,δp一密度計極限相對誤差,δt1一定時器相對誤差,δt2一浮力形成的誤差,δt3一換向裝置隨機相對誤差,δt4一換向器系統誤經實際檢定二台電子和三個台位,每台的總誤差都優于0.05%。
 
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