膜式燃?xì)獗頊囟冗m應(yīng)性試驗(yàn)裝置的研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)

羅鵬花

（甘肅省甘南州質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)所，甘肅 甘南 747000）

膜式燃?xì)獗碇苯雨P(guān)乎到人們?nèi)粘Ｉ畹捻樌_(kāi)展，影響到能源配置和管理的合理性，肩負(fù)著重要的計(jì)量職責(zé)，與人民群眾的實(shí)際利益有著密切的聯(lián)系。在進(jìn)行膜式燃?xì)獗淼脑u(píng)價(jià)時(shí)，一個(gè)重要的指標(biāo)就是溫度適應(yīng)性。如果基于極端的工作環(huán)境下，受到溫度的影響，難以保障燃?xì)獗碛?jì)量的精確度，從而造成誤差的出現(xiàn)。因此，就要對(duì)燃?xì)獗淼臏囟扔绊懱匦裕鄳?yīng)地進(jìn)行試驗(yàn)裝置的研發(fā)和設(shè)計(jì)。通過(guò)溫度適應(yīng)性的試驗(yàn)的開(kāi)展，確保其滿足計(jì)量性能的要求。

1 研究背景

對(duì)于膜式燃?xì)獗矶?，其?yīng)用的安全性以及計(jì)量的精準(zhǔn)性，都會(huì)對(duì)能源的配置以及人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成直接的影響。因此，我國(guó)對(duì)燃?xì)獗淼氖褂米龀隽藦?qiáng)制性的檢定，要求將其使用年限限制在10年以內(nèi)。在膜式燃?xì)獗碓O(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)之上，使用年限作為燃?xì)獗戆踩砸约坝?jì)量性能實(shí)現(xiàn)了一個(gè)重要的影響因素。一般來(lái)說(shuō)，基于常溫的20℃左右，進(jìn)行燃?xì)獗淼臋z定。但是在具體的應(yīng)用過(guò)程中，很有可能會(huì)面對(duì)差異性的溫度環(huán)境，因此，在進(jìn)行首檢后，要針對(duì)燃?xì)獗碓诟鞣N溫度環(huán)境下的計(jì)量性能，進(jìn)行相應(yīng)的研究。隨著各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，在傳感器、電子技術(shù)推廣應(yīng)用的背景下，也推出了多種類型的燃?xì)獗?。因此，伴隨著市面上燃?xì)獗眍愋偷牟粩嘭S富，我國(guó)針對(duì)其具體的檢定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，進(jìn)行了相應(yīng)的完善與修訂。不僅在大綱中進(jìn)行了燃?xì)獗頊囟冗m應(yīng)性試驗(yàn)的增加，同時(shí)還針對(duì)其溫度適應(yīng)性，提出了全新的試驗(yàn)要求。因此，就要通過(guò)試驗(yàn)裝置的研制和設(shè)計(jì)，從而針對(duì)膜式燃?xì)獗磉M(jìn)行高低溫試驗(yàn)?，F(xiàn)階段，在進(jìn)行試驗(yàn)裝置搭建的過(guò)程中，在標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行選擇時(shí)，以鐘罩、噴嘴或者是單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)表較為常用。但是，這樣的裝置后期需要大量的維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)，噴嘴流量組合也就有諸多限制性因素。如果基于寬量程流量，那么也會(huì)不利于標(biāo)準(zhǔn)度等級(jí)的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)在長(zhǎng)期的工作狀態(tài)下，無(wú)法確保鐘罩測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，針對(duì)膜式燃?xì)獗淼母叩蜏卦囼?yàn)所開(kāi)展的各項(xiàng)研究，也存在著嚴(yán)重的不足。所以，就要在把握當(dāng)前研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，進(jìn)行膜表溫度適應(yīng)性試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和研發(fā)，并進(jìn)行未來(lái)發(fā)展趨向的展望，從而對(duì)燃?xì)獗淼难芯抗ぷ?，提供重要的參考和依?jù)，確保燃?xì)獗碛?jì)量性能實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定性。

2 膜式燃?xì)獗頊囟冗m應(yīng)性試驗(yàn)裝置的研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)

當(dāng)前，隨著技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了膜式燃?xì)獗淼倪M(jìn)步。在現(xiàn)階段的新型膜表中，一般都應(yīng)用非限位式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在這種結(jié)構(gòu)體系下，能夠讓計(jì)量室基于循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的流程，實(shí)現(xiàn)自由、靈活的切換。這樣就能夠有效地減少壓力損失，同時(shí)還能降低運(yùn)行的噪音。在一些燃?xì)獗碇校€添加了相應(yīng)的裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)誤差調(diào)節(jié)，這樣就可以在各種流量條件下，有效地降低誤差特性曲線所具有的分散性，從而提高膜表誤差特性曲線的平滑度，讓整個(gè)儀表具有更大的量程比。

在溫度的影響之下，會(huì)對(duì)氣體的體積造成較為嚴(yán)重的影響。因此，在膜表具體工作的過(guò)程中，為了確保其能夠具有較高的計(jì)量精準(zhǔn)度，同時(shí)對(duì)不同季節(jié)條件下所出現(xiàn)的溫度的改變，做到較強(qiáng)的適應(yīng)。從而降低輸差，確保貿(mào)易結(jié)算過(guò)程中的公平公正性。因此，在當(dāng)前的膜表設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分的運(yùn)用了溫度轉(zhuǎn)換裝置技術(shù)。在現(xiàn)階段的溫度轉(zhuǎn)換裝置中，主要是機(jī)械式的結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)特殊金屬熱脹冷縮這一特點(diǎn)的運(yùn)用，能夠?qū)崿F(xiàn)誤差調(diào)節(jié)系統(tǒng)指針的自動(dòng)化調(diào)節(jié)，這就是溫度轉(zhuǎn)換裝置的運(yùn)行原理。在此基礎(chǔ)上，能夠?qū)θ細(xì)獗硭哂械幕剞D(zhuǎn)體積，實(shí)現(xiàn)有效地調(diào)節(jié)，從而就能夠?qū)τ谠跍囟扔绊懴滤霈F(xiàn)的氣體體積的變化，進(jìn)行有效的修正實(shí)現(xiàn)體積修正的目標(biāo)。我國(guó)針對(duì)膜表具有溫度修正功能的研究過(guò)程中，相關(guān)的制造企業(yè)已經(jīng)進(jìn)行了燃?xì)獗淼难邪l(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度修正的補(bǔ)償功能，主要就是依靠溫度修正單元的設(shè)置，從而能夠?qū)θ細(xì)獗硭a(chǎn)生的環(huán)境溫度的變化，實(shí)現(xiàn)有效的檢測(cè)。通過(guò)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的調(diào)整，達(dá)到溫度修正的效果。

對(duì)膜式燃?xì)獗淼臏囟冗m應(yīng)性這一部分內(nèi)容而言，國(guó)外在很早之前，就已經(jīng)做出了相應(yīng)的試驗(yàn)研究。由于在過(guò)去，我國(guó)的燃?xì)獗砩a(chǎn)技術(shù)水平不高，各項(xiàng)工藝和條件難以滿足試驗(yàn)研究的要求。因此，在型式評(píng)價(jià)大綱中，沒(méi)有進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)內(nèi)容的列入。但是，隨著近幾年的發(fā)展，我國(guó)的燃?xì)獗砉に囁揭苍诓粩嗵岣撸哂性絹?lái)越強(qiáng)的制造能力。同時(shí)，受到當(dāng)前膜表行業(yè)現(xiàn)狀的影響，因此也就在評(píng)價(jià)大綱中，加入了溫度誤差特性的檢測(cè)內(nèi)容?，F(xiàn)階段，在我國(guó)一部分地區(qū)的計(jì)量院中，所設(shè)置的高低溫試驗(yàn)設(shè)備，能夠?qū)?shí)際的環(huán)境溫度，進(jìn)行有效的模擬。所開(kāi)展的溫度適應(yīng)性試驗(yàn)項(xiàng)目，就是能夠在高低溫的環(huán)境條件下，對(duì)燃?xì)獗磉M(jìn)行檢測(cè)，其中涉及到一些關(guān)鍵的零部件，同時(shí)還包括在差異性的制作條件和工藝的基礎(chǔ)上，各種燃?xì)獗眍愋偷恼`差計(jì)量性能的影響。

當(dāng)前，在進(jìn)行該種試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)時(shí)，主要就是通過(guò)負(fù)壓、正壓法，在非等溫或者等溫原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行非參比環(huán)境條件的構(gòu)建。這樣就能夠在對(duì)現(xiàn)實(shí)的環(huán)境條件進(jìn)行充分模擬的基礎(chǔ)上，促進(jìn)燃?xì)獗碛?jì)量性能試驗(yàn)的開(kāi)展。在2006年，根據(jù)歐洲的燃?xì)獗順?biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了溫度適應(yīng)范圍的擴(kuò)大。同時(shí)，還進(jìn)行了針對(duì)溫度適應(yīng)性試驗(yàn)的測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架的提出。在2011年，我國(guó)將燃?xì)獗砗銣卦囼?yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，正式納入了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。并且由北京計(jì)量院，進(jìn)行了燃?xì)獗砗銣卦囼?yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)器選擇了單只標(biāo)準(zhǔn)表，結(jié)合非等溫測(cè)量法的具體原理。在恒溫箱中，同時(shí)放置換熱器和負(fù)責(zé)測(cè)試的燃?xì)獗怼２⒃谄渫獠糠胖脴?biāo)準(zhǔn)器，通過(guò)負(fù)壓法的應(yīng)用，能夠針對(duì)燃?xì)獗?，?shí)現(xiàn)最大流量的高低溫試驗(yàn)。在2013年，我國(guó)進(jìn)行了溫度特性測(cè)試裝置的研發(fā)。通過(guò)對(duì)于非等溫測(cè)量法的運(yùn)用，通過(guò)負(fù)壓法實(shí)現(xiàn)供氣，從而達(dá)到對(duì)于膜表最大流量溫度特性測(cè)試的目標(biāo)。在2013年，以新型膜表為對(duì)象，進(jìn)行了具體的試驗(yàn)裝置的研究。標(biāo)準(zhǔn)器為鐘罩，在高低溫的試驗(yàn)設(shè)計(jì)階段，首先要針對(duì)鐘罩內(nèi)經(jīng)過(guò)的氣體，做好預(yù)干燥處理，從而讓鐘罩的測(cè)量具有更高的可靠性，符合高低溫試驗(yàn)的要求。在2014年，在等溫測(cè)量法原理的基礎(chǔ)上，通過(guò)噴嘴作為標(biāo)準(zhǔn)器，將其和燃?xì)獗硪煌胖迷谙渲校瑥亩_(kāi)展具體的性能試驗(yàn)。在2016年所進(jìn)行的試驗(yàn)裝置的研發(fā)和設(shè)計(jì)，以鐘罩作為標(biāo)準(zhǔn)器，在0.28%拓展不確定性的基礎(chǔ)上，能夠?qū)Ω鞣N型號(hào)的膜表所進(jìn)行的溫度試驗(yàn)具體條件，得到有效的滿足。

3 膜式燃?xì)獗頊囟冗m應(yīng)性試驗(yàn)裝置的研制與設(shè)計(jì)

3.1 裝置設(shè)計(jì)原理

本文所進(jìn)行的試驗(yàn)裝置的研發(fā)，就是基于當(dāng)前的鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，所進(jìn)行的具體的改造設(shè)計(jì)。通過(guò)該裝置的應(yīng)用，能夠?qū)怏w介質(zhì)的干燥性以及恒溫性，做到一定的保障，解決技術(shù)存在的問(wèn)題。在本裝置中涉及到6部分的內(nèi)容，分別為氣體恒溫系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、干燥裝置、流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、檢定系統(tǒng)、氣體管路。

為了確保能夠?qū)θ細(xì)獗淼膶?shí)際工作狀態(tài)，進(jìn)行真實(shí)地再現(xiàn)，就在正壓法應(yīng)用的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了膜表溫度適應(yīng)性試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)。為了符合大綱所提出的要求，還進(jìn)行了恒溫箱的設(shè)置，這樣就能夠提供溫度源，實(shí)現(xiàn)加熱、制冷等溫度操作。在燃?xì)獗頇z測(cè)的過(guò)程中，提高環(huán)境條件的穩(wěn)定性。

對(duì)于鐘罩式的膜表標(biāo)準(zhǔn)裝置而言，其中涉及到多個(gè)組成部分，包括空氣干燥機(jī)、壓縮機(jī)、氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、換熱器、膜表、恒溫箱、控制系統(tǒng)。具體的工作原理就是在冷凍式干燥箱中，通過(guò)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行氣體的輸送，之后完成氣體干燥。這一流程能夠避免在高低溫試驗(yàn)的過(guò)程中，由于氣體內(nèi)存在的水分發(fā)生冷凝，從而影響到測(cè)量結(jié)果。之后將干燥處理的氣體輸入的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中，要想保障作為檢測(cè)介質(zhì)的常溫空氣，能夠符合各種額定試驗(yàn)溫度的要求，就要通過(guò)恒溫箱內(nèi)部的換熱器，基于常溫常壓狀態(tài)，進(jìn)行空氣的加熱或者是制冷。這樣在經(jīng)過(guò)換熱以后，進(jìn)入到所需要檢測(cè)的燃?xì)獗碇?。之后通過(guò)排氣口，向恒溫箱外排出。在這一過(guò)程中，還要在燃?xì)獗砣肟诤土髁繕?biāo)準(zhǔn)裝置的位置，進(jìn)行壓力以及溫度傳感器的設(shè)置，這樣就能夠?qū)τ谒?jīng)過(guò)的空氣，進(jìn)行溫度和壓力參數(shù)的檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)溫度與壓力的修正工作。在對(duì)溫度適應(yīng)性試驗(yàn)裝置進(jìn)行改造以后，能夠符合各項(xiàng)指標(biāo)要求。

3.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，其中涉及到多方面的內(nèi)容，具體的工作流程如下：首先，要在溫度試驗(yàn)箱中，進(jìn)行試驗(yàn)環(huán)境溫度的設(shè)置，之后對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行初始化。最后，在系統(tǒng)中對(duì)燃?xì)獗砣肟诘臏囟戎?，通過(guò)觀測(cè)判斷其能夠達(dá)到具體的設(shè)定值。在符合試驗(yàn)溫度調(diào)節(jié)以后，進(jìn)行試驗(yàn)流量點(diǎn)的設(shè)置。等流量趨于穩(wěn)定，具有較小的壓力波動(dòng)，再對(duì)示值誤差進(jìn)行具體的測(cè)量工作。在鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置和所測(cè)量的膜表獲得的累計(jì)體積量的基礎(chǔ)上，獲得示值誤差的結(jié)果。

在這一過(guò)程中，要對(duì)瞬時(shí)流量做到動(dòng)態(tài)化的監(jiān)測(cè)，其中包括多種數(shù)據(jù)參數(shù)，比如說(shuō)溫度、壓力等。如果在這一過(guò)程中，產(chǎn)生異常問(wèn)題，就由上位機(jī)發(fā)出報(bào)警提醒，從而中斷試驗(yàn)。

控制系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)2部分組成，其中涉及到數(shù)據(jù)處理、采集、信號(hào)傳輸、流程控制等多個(gè)方面。對(duì)于該系統(tǒng)中的硬件設(shè)備來(lái)說(shuō)，為了對(duì)各項(xiàng)試驗(yàn)條件進(jìn)行充分的考慮。其中包括溫度、壓力、準(zhǔn)確度要求、試驗(yàn)成本，進(jìn)行了如下的設(shè)備的采用，其中包括壓力以及一體化的溫度變送器、流量調(diào)節(jié)閥、光電采樣器、光電編碼器、電磁閥、PLC。

在PLC中，以循環(huán)掃描作為主要的工作方式，其中涉及到5個(gè)階段的內(nèi)容，分別為內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、用戶程序、執(zhí)行輸出處理。在這其中內(nèi)部處理具有自診斷特點(diǎn)，主要是通過(guò)自診斷檢查的實(shí)現(xiàn)，能夠確保PLC各項(xiàng)動(dòng)作處于正常的狀態(tài)。而通過(guò)通信處理，能夠和其他設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)通信聯(lián)機(jī)。如果在stop位置，進(jìn)行PLC開(kāi)關(guān)的設(shè)置，那么就不需要進(jìn)行后3個(gè)階段的執(zhí)行。在控制系統(tǒng)中，由光電編碼器和光電采樣器的脈沖信號(hào)、溫度以及壓力變送器的模擬信號(hào)，構(gòu)成輸入信號(hào)。

在上位機(jī)軟件的編寫(xiě)過(guò)程中，采用了組態(tài)王6.55。通過(guò)這一軟件的應(yīng)用，不僅能夠縮短開(kāi)發(fā)周期，而且具有良好的適用性和開(kāi)放性，能夠更加便于拓展，具有經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢(shì)。在這一個(gè)軟件中，能夠?qū)indows圖形編輯功能，進(jìn)行有效的運(yùn)用，從而形成監(jiān)控畫(huà)面，具有較高的編輯性。同時(shí)還能夠依靠動(dòng)畫(huà)的形式，對(duì)于控制設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行有效的顯示。在其中還包含實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、報(bào)警窗口。

這個(gè)軟件在使用的過(guò)程中，所具有的配置界面不僅內(nèi)容豐富，而且便捷程度高，能夠進(jìn)行海量的圖庫(kù)精靈和圖形元素的提供，同時(shí)所提供的接口也較為簡(jiǎn)便。在該系統(tǒng)的主界面中，涉及到多方面的信息，比如說(shuō)燃?xì)獗韷毫p失、累積體積、實(shí)時(shí)流量、溫度示值誤差等等。在具體的試驗(yàn)過(guò)程中，要提前在其中進(jìn)行所要測(cè)量?jī)x表信息的設(shè)定。之后在整個(gè)試驗(yàn)的操作中，通過(guò)對(duì)于控制系統(tǒng)所發(fā)出的相關(guān)指令，做好記錄和計(jì)算。在試驗(yàn)結(jié)束以后，要能夠查詢到所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)。

通過(guò)這一裝置的研發(fā)和建立，能夠符合當(dāng)前國(guó)家最新的型式評(píng)價(jià)大綱的要求。并且結(jié)合當(dāng)前的儀器設(shè)備條件，針對(duì)溫度適應(yīng)性試驗(yàn)裝置，展開(kāi)了深入的研究和設(shè)計(jì)，讓其符合國(guó)家的規(guī)范要求。但是當(dāng)前針對(duì)國(guó)內(nèi)外的膜表市場(chǎng)，具有很多廠家和型號(hào)。而且不同類型的膜表有具有差異性的回轉(zhuǎn)體積，在生產(chǎn)的過(guò)程中所應(yīng)用的膜片，也具有一定程度上的差異。因此，在日后的研究過(guò)程中，還要能夠針對(duì)不同的廠家和型號(hào)的燃?xì)獗恚_(kāi)展更加深入的試驗(yàn)分析，從而獲得更加可靠的結(jié)論。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在當(dāng)前的能源形式下，燃?xì)庥?jì)量技術(shù)也具有著越來(lái)越重要的地位。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，為了提高膜式燃?xì)獗淼陌踩阅?，保障燃?xì)鉁y(cè)量的精準(zhǔn)性，就要加強(qiáng)溫度適應(yīng)性試驗(yàn)的開(kāi)展以及相關(guān)裝置的研究，從而不斷地促進(jìn)燃?xì)獗砉に囍圃焖降奶嵘龠M(jìn)燃?xì)庥?jì)量工作的順利開(kāi)展。