腰輪流量計自動檢定裝置的相關分析

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，以組態王軟件為開發平臺，建立了尾輪流量儀表自動校驗裝置。設定相應的測量點，控制流量，自動讀出計數器頻率，自動記錄溫度和壓力值，記錄標準儀表容積管的容積值，累積流量值，示值誤差，重復度，自動計算K系數。該系統具有可視化界面，驗證數據存儲，證書打印，驗證結果顯示等功能。

關鍵詞：腰輪;流量計;自動檢定裝置

引言

為了使用流量測量傳輸的標準方法，必須要有一套流量測量裝置的復現和驗證程序;對于數值傳遞和流量測量，標準流量測量裝置必須具有精確度。人工校驗是一種復雜、困難、易出錯的數據處理方法。標準量法的準確度一般在0.2級左右，只能通過比對進行檢定;標準量管法的準確度一般在0.05級左右。首先，根據《流量計檢定規程》國家計量試驗方案JJG667-2010中的通流方法，設計并研制了一種腰輪流量自動檢定裝置（試驗臺）。用于腰輪流量計的初次檢測，后續的檢測和使用中檢查。

1 檢定裝置的硬件設計原理

1.1 腰輪流量計檢定原理

腰輪式流量計是容積式流量計。檢定系統由檢定用流量計（容積管測量段 T）、球形滑塊 Q、腰輪流量計 L、流量電磁閥V3、壓力表轉換器（P1、P2、P3）、溫控轉換器（T1、T2、T3）、流量測量閥M1、流量管口、電磁閥（V2、V1）和體積管檢測開關（D1、D2）、四通閥V5，放氣磁閥V4等組成。體積管式流量計的標定原理是以兩個容積管檢測開關之間的標準容積為標準，在泵壓作用下，將球形滑塊（彈性橡膠球）推入標準管內，啟動和觸發檢測，將通斷信號發送到頻率計數器，在此間隔期間采集待測后輪的脈沖信號，經溫度、壓力校正后，將標準體積值改為標準體積值，具體步驟如下：

（1）打開被測流量計的流量測量閥，關閉被測流量計的排氣閥。介電流經容積管后，流量計要在70%的最大流量下運行，要經過長時間的校準，才能達到管壁的平衡溫度。

（2）在測試前幾次發球，拉出容積管，確認沒有空氣，關閉排氣閥，把測試球放回原位。

（3）對于精度大于0.2的流量計，5點測量點應均勻分布，包括最大流量和最小流量。每一個流點至少要校準三次。測試時，流量計應由標準體積管閥門控制，使標準體積管的排氣壓力始終高于測試介質在工作溫度下的飽和蒸汽壓力。

1.2 流量計檢定數據計算公式

1.2.1按各流量檢定點每次檢定分別計算檢定時測得的標準體積管處實際體積

（1）中：Vs，標準體積管體積的比值m3;

Ps，標準容積管中液體的平均表面壓力;

D標準體積管的內徑為 mm;

e標準體積管的壁厚， mm;

ES是原材料的彈性模量標準Pa;

βs在總容積范圍內標準體積管的體積膨脹系數，在總容積范圍內℃-1;

標準體積管（編號845151;）是 TS中介質的平均溫度℃。

1.2.2將標準體積管處實際體積V的值換算到流量計檢定條件下的累積流量實際值Qs：

（2）式中：β為液體膨脹系數，℃-1;

F為液體壓縮系數，Pa。

pm為流量計處表壓力，Pa;

tm為流量計處的液體溫度，℃;

1.2.3基本誤差

1）流量計各檢定點各次檢定的示值誤差

（3）式中：QM為檢定時間內流量計累積流量示值，m3;

QM=N×K

（4）式中：N為檢定時間內流量計脈沖數，N;

K為流量計的儀表系數，m3/N。

2）流量計各流量點的基本誤差

δ=（δm）max

（5）式中：（δm）max為各檢定點各次檢定示值誤差的最大值。

1.2.4流量計的重復性

各檢定點的重復性

（6）式中：dn為極差法系數。

1.2.5各檢定點各次檢定的流量計系數

（7）式中：Qs質量分數是每一標準體積管在一個流點處的實際體積 V，轉換為流量計測試狀態m3下的累計流量的實際值;QM是每一測試周期在每一流點處的累計流量計，m3。

1.3 檢定裝置硬件電路

測試設備硬件電路由被測流量計T1和P1組成，容量管進料口T2、T3、P2和P3組成，檢測開關D1和D2組成，四通可逆閥V5、流量測量閥、電磁閥V1-V4和M1流量計 L組成。通過計算機（組態軟件）和可編程控制，按照檢定規程的要求，實現檢定過程的自動化控制[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：24點，起始點：16點，啟動方式：繼電器。內建的模擬輸入4點（占用4 CH通道）。輸入量范圍：1-5 vdc;方案：1/1600或1/12000。內建的模擬輸出2點（占用通道2 ch），Cpm1a-ad041外擴 a/D轉換器（占用通道4 CH）。

2 檢定裝置的軟件設計

2.1 檢定裝置組態

它是北京亞康科技發展有限公司的組態王6.55，是一款運行在 windowsnt/2000/xpair環境下的組態軟件。具有完美的圖形界面，可對工業現場進行演示，并提供全功能的控制和控制功能，以及多種 I/O驅動程序。

2.1.1組態王通訊參數和設備配置

（1）通訊參數

構造率：9600;數據位：7;奇偶效驗：偶效驗;停止位：2;通訊時間：3000毫秒;通訊方式：RS232。

（2）設備配置

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組態王的變量與可編程控制器寄存器對應關系

輸出器100 ch，輸入單元0 ch，內置 ad寄存器ir200ch-ir203ch，外部 ad寄存器ir005，ir007，內置 Da寄存器ir210ch，分別連接15個寄存器，分別連接一個電磁閥v1～V4，四通逆變閥V5，檢測開關D1，D2，頻率 l，體管的輸入和輸出溫度T2和T3，容積管的進出口壓力P2和P3，流量計和流量測量閥M1的溫度和壓力T1和P1。

2.2 檢定裝置檢定記錄設計

試驗設備的通用數據輸入表和試驗數據記錄表，該通用數據輸入表和試驗協議表滿足了試驗規程的要求，以確保測試數據在記錄表格中正確的填寫，從而完成測試任務。

2.3 檢定裝置檢定證書設計

包含：添加，保存表，讀表，解表，打印設置，列表組合。用于填充測試設備中測試證書的存儲和打印。特殊指令編程語言。

3 結束語

腰輪式流量計自動檢定器采用先進的軟件組態技術，其各項性能指標完全滿足JJG667-2010《流動體流量計檢定規程》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確度。

參考文獻：

[1]黃湘來.孔口流量計檢定裝置的研究與應用[J].工業計量，2016，26（2）：51-54.

[2]歷勇.高準確度鐘罩式氣體流量標準裝置自動檢定系統的研究與設計[D].浙江：浙江大學，2015.

（重慶耐徳工業股份有限公司，重慶 401121）