腰輪流量計(jì)自動(dòng)檢定裝置的相關(guān)分析

盧熊 唐博 陳貴軍 謝元云

摘 要：本文以體積管、PC、SPS為主要硬件，以組態(tài)王軟件為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，建立了尾輪流量?jī)x表自動(dòng)校驗(yàn)裝置。設(shè)定相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)，控制流量，自動(dòng)讀出計(jì)數(shù)器頻率，自動(dòng)記錄溫度和壓力值，記錄標(biāo)準(zhǔn)儀表容積管的容積值，累積流量值，示值誤差，重復(fù)度，自動(dòng)計(jì)算K系數(shù)。該系統(tǒng)具有可視化界面，驗(yàn)證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，證書(shū)打印，驗(yàn)證結(jié)果顯示等功能。

關(guān)鍵詞：腰輪;流量計(jì);自動(dòng)檢定裝置

引言

為了使用流量測(cè)量傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)方法，必須要有一套流量測(cè)量裝置的復(fù)現(xiàn)和驗(yàn)證程序;對(duì)于數(shù)值傳遞和流量測(cè)量，標(biāo)準(zhǔn)流量測(cè)量裝置必須具有精確度。人工校驗(yàn)是一種復(fù)雜、困難、易出錯(cuò)的數(shù)據(jù)處理方法。標(biāo)準(zhǔn)量法的準(zhǔn)確度一般在0.2級(jí)左右，只能通過(guò)比對(duì)進(jìn)行檢定;標(biāo)準(zhǔn)量管法的準(zhǔn)確度一般在0.05級(jí)左右。首先，根據(jù)《流量計(jì)檢定規(guī)程》國(guó)家計(jì)量試驗(yàn)方案JJG667-2010中的通流方法，設(shè)計(jì)并研制了一種腰輪流量自動(dòng)檢定裝置（試驗(yàn)臺(tái)）。用于腰輪流量計(jì)的初次檢測(cè)，后續(xù)的檢測(cè)和使用中檢查。

1 檢定裝置的硬件設(shè)計(jì)原理

1.1 腰輪流量計(jì)檢定原理

腰輪式流量計(jì)是容積式流量計(jì)。檢定系統(tǒng)由檢定用流量計(jì)（容積管測(cè)量段 T）、球形滑塊 Q、腰輪流量計(jì) L、流量電磁閥V3、壓力表轉(zhuǎn)換器（P1、P2、P3）、溫控轉(zhuǎn)換器（T1、T2、T3）、流量測(cè)量閥M1、流量管口、電磁閥（V2、V1）和體積管檢測(cè)開(kāi)關(guān)（D1、D2）、四通閥V5，放氣磁閥V4等組成。體積管式流量計(jì)的標(biāo)定原理是以兩個(gè)容積管檢測(cè)開(kāi)關(guān)之間的標(biāo)準(zhǔn)容積為標(biāo)準(zhǔn)，在泵壓作用下，將球形滑塊（彈性橡膠球）推入標(biāo)準(zhǔn)管內(nèi)，啟動(dòng)和觸發(fā)檢測(cè)，將通斷信號(hào)發(fā)送到頻率計(jì)數(shù)器，在此間隔期間采集待測(cè)后輪的脈沖信號(hào)，經(jīng)溫度、壓力校正后，將標(biāo)準(zhǔn)體積值改為標(biāo)準(zhǔn)體積值，具體步驟如下：

（1）打開(kāi)被測(cè)流量計(jì)的流量測(cè)量閥，關(guān)閉被測(cè)流量計(jì)的排氣閥。介電流經(jīng)容積管后，流量計(jì)要在70%的最大流量下運(yùn)行，要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的校準(zhǔn)，才能達(dá)到管壁的平衡溫度。

（2）在測(cè)試前幾次發(fā)球，拉出容積管，確認(rèn)沒(méi)有空氣，關(guān)閉排氣閥，把測(cè)試球放回原位。

（3）對(duì)于精度大于0.2的流量計(jì)，5點(diǎn)測(cè)量點(diǎn)應(yīng)均勻分布，包括最大流量和最小流量。每一個(gè)流點(diǎn)至少要校準(zhǔn)三次。測(cè)試時(shí)，流量計(jì)應(yīng)由標(biāo)準(zhǔn)體積管閥門(mén)控制，使標(biāo)準(zhǔn)體積管的排氣壓力始終高于測(cè)試介質(zhì)在工作溫度下的飽和蒸汽壓力。

1.2 流量計(jì)檢定數(shù)據(jù)計(jì)算公式

1.2.1按各流量檢定點(diǎn)每次檢定分別計(jì)算檢定時(shí)測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)體積管處實(shí)際體積

（1）中：Vs，標(biāo)準(zhǔn)體積管體積的比值m3;

Ps，標(biāo)準(zhǔn)容積管中液體的平均表面壓力;

D標(biāo)準(zhǔn)體積管的內(nèi)徑為 mm;

e標(biāo)準(zhǔn)體積管的壁厚， mm;

ES是原材料的彈性模量標(biāo)準(zhǔn)Pa;

βs在總?cè)莘e范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體積管的體積膨脹系數(shù)，在總?cè)莘e范圍內(nèi)℃-1;

標(biāo)準(zhǔn)體積管（編號(hào)845151;）是 TS中介質(zhì)的平均溫度℃。

1.2.2將標(biāo)準(zhǔn)體積管處實(shí)際體積V的值換算到流量計(jì)檢定條件下的累積流量實(shí)際值Qs：

（2）式中：β為液體膨脹系數(shù)，℃-1;

F為液體壓縮系數(shù)，Pa。

pm為流量計(jì)處表壓力，Pa;

tm為流量計(jì)處的液體溫度，℃;

1.2.3基本誤差

1）流量計(jì)各檢定點(diǎn)各次檢定的示值誤差

（3）式中：QM為檢定時(shí)間內(nèi)流量計(jì)累積流量示值，m3;

QM=N×K

（4）式中：N為檢定時(shí)間內(nèi)流量計(jì)脈沖數(shù)，N;

K為流量計(jì)的儀表系數(shù)，m3/N。

2）流量計(jì)各流量點(diǎn)的基本誤差

δ=（δm）max

（5）式中：（δm）max為各檢定點(diǎn)各次檢定示值誤差的最大值。

1.2.4流量計(jì)的重復(fù)性

各檢定點(diǎn)的重復(fù)性

（6）式中：dn為極差法系數(shù)。

1.2.5各檢定點(diǎn)各次檢定的流量計(jì)系數(shù)

（7）式中：Qs質(zhì)量分?jǐn)?shù)是每一標(biāo)準(zhǔn)體積管在一個(gè)流點(diǎn)處的實(shí)際體積 V，轉(zhuǎn)換為流量計(jì)測(cè)試狀態(tài)m3下的累計(jì)流量的實(shí)際值;QM是每一測(cè)試周期在每一流點(diǎn)處的累計(jì)流量計(jì)，m3。

1.3 檢定裝置硬件電路

測(cè)試設(shè)備硬件電路由被測(cè)流量計(jì)T1和P1組成，容量管進(jìn)料口T2、T3、P2和P3組成，檢測(cè)開(kāi)關(guān)D1和D2組成，四通可逆閥V5、流量測(cè)量閥、電磁閥V1-V4和M1流量計(jì) L組成。通過(guò)計(jì)算機(jī)（組態(tài)軟件）和可編程控制，按照檢定規(guī)程的要求，實(shí)現(xiàn)檢定過(guò)程的自動(dòng)化控制[2]。

1.3.1可編程控制器電路與程序

歐姆龍cp1h-xa40dr-a可編程控制器，電源：220 VAC，輸入點(diǎn)：24點(diǎn)，起始點(diǎn)：16點(diǎn)，啟動(dòng)方式：繼電器。內(nèi)建的模擬輸入4點(diǎn)（占用4 CH通道）。輸入量范圍：1-5 vdc;方案：1/1600或1/12000。內(nèi)建的模擬輸出2點(diǎn)（占用通道2 ch），Cpm1a-ad041外擴(kuò) a/D轉(zhuǎn)換器（占用通道4 CH）。

2 檢定裝置的軟件設(shè)計(jì)

2.1 檢定裝置組態(tài)

它是北京亞康科技發(fā)展有限公司的組態(tài)王6.55，是一款運(yùn)行在 windowsnt/2000/xpair環(huán)境下的組態(tài)軟件。具有完美的圖形界面，可對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行演示，并提供全功能的控制和控制功能，以及多種 I/O驅(qū)動(dòng)程序。

2.1.1組態(tài)王通訊參數(shù)和設(shè)備配置

（1）通訊參數(shù)

構(gòu)造率：9600;數(shù)據(jù)位：7;奇偶效驗(yàn)：偶效驗(yàn);停止位：2;通訊時(shí)間：3000毫秒;通訊方式：RS232。

（2）設(shè)備配置

器件制造商：歐姆龍 Hostlink;器件邏輯： SPS;器件地址：0;通訊方式：COM1。

2.1.2組態(tài)王的變量與可編程控制器寄存器對(duì)應(yīng)關(guān)系

輸出器100 ch，輸入單元0 ch，內(nèi)置 ad寄存器ir200ch-ir203ch，外部 ad寄存器ir005，ir007，內(nèi)置 Da寄存器ir210ch，分別連接15個(gè)寄存器，分別連接一個(gè)電磁閥v1～V4，四通逆變閥V5，檢測(cè)開(kāi)關(guān)D1，D2，頻率 l，體管的輸入和輸出溫度T2和T3，容積管的進(jìn)出口壓力P2和P3，流量計(jì)和流量測(cè)量閥M1的溫度和壓力T1和P1。

2.2 檢定裝置檢定記錄設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)備的通用數(shù)據(jù)輸入表和試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表，該通用數(shù)據(jù)輸入表和試驗(yàn)協(xié)議表滿足了試驗(yàn)規(guī)程的要求，以確保測(cè)試數(shù)據(jù)在記錄表格中正確的填寫(xiě)，從而完成測(cè)試任務(wù)。

2.3 檢定裝置檢定證書(shū)設(shè)計(jì)

包含：添加，保存表，讀表，解表，打印設(shè)置，列表組合。用于填充測(cè)試設(shè)備中測(cè)試證書(shū)的存儲(chǔ)和打印。特殊指令編程語(yǔ)言。

3 結(jié)束語(yǔ)

腰輪式流量計(jì)自動(dòng)檢定器采用先進(jìn)的軟件組態(tài)技術(shù)，其各項(xiàng)性能指標(biāo)完全滿足JJG667-2010《流動(dòng)體流量計(jì)檢定規(guī)程》的要求。避免了容積管檢定中人為因素引起的不必要的誤差，提高檢定的效率和準(zhǔn)確度。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃湘來(lái).孔口流量計(jì)檢定裝置的研究與應(yīng)用[J].工業(yè)計(jì)量，2016，26（2）：51-54.

[2]歷勇.高準(zhǔn)確度鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置自動(dòng)檢定系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].浙江：浙江大學(xué)，2015.

（重慶耐徳工業(yè)股份有限公司，重慶 401121）