液体流量标准装置设计原理
时间：2020-12-13 08:10:44 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
(内蒙古自治区计量测试院，内蒙古 呼和浩特 010030)
摘 要：文章阐述了采用静态质量法和标准表法的液体流 量标准装置的设计原理。
关键词：液体流量；
标准装置；
流量计
中图分类号：TH715.3 文献标识码：A 文章编 号：1007—6921(2008)21—0105—02
随着工业经济的不断发展和中国加入WTO,一方面为了保证流量计量设备准确的量值传递,另 一方面为了与世界接轨,从而要求在生产和贸易结算领域应用的流量计量设备必须保证在应 用期间的计量精度,避免引起贸易纠纷、生产浪费及设备运行安全事故等,为此,由国家质量 监督检验检疫总局批准发布了各种流量计量设备的检定规程, 要求对用于流量计量的设备必 须进行定期检定,保证其计量准确度；
同时, 也发布了用于标定流量计量设备的流量检定装 置检定规程,为此,各计量监督部门和企业建立高精度的流量检定装置,可实现对用于流量计 量的设备进行定期检定,保证计量设备准确的量值传递,由此而来,对于建立一套高精度、高 性价比、高运行效率的流量检定装置是保证计量行业健康发展的前提,也是我们不断研究的 课题。
液体流量标准装置用于液体流量仪表的检测和标定。液体流量标准装置按计量器具分类，分 为质量法（称重法）、容积法、体积管法和标准表法四种，本液体流量标准装置设计采用静 态质量法和标准表法，每条检定管线上配有0.2级标准表作为“质量法”检定时的瞬时流量 指示，同时又可作为检定装置“标准表法”的标准器。本套装置可对质量流量计、速度式流 量计、容积式流量计、电磁流量计、涡街流量计、超声波流量计进行标定。
整套装置的控制以上位工业计算机和下位自动化控制系统为核心，工业计算机完成数据的设 置、处理、存储等功能；
自动化控制系统完成数据采集与控制功能；
气动调节阀和变频调速 器为控制执行器，同时配合电/气动两位阀完成全局控制。装置流程实现单相介质（水或油 ）的质量法和标准表法地面流量计检定。
装置具备一级标准（质量法）对二级标准（标准表法）使用的标准表进行自检定功能，它是 严格按照相关规程进行设计制造的。它不仅能更好保证量值传递的准确可靠，而且省去检定 标准表时拆装过程的复杂劳动。
装置由介质存储池、泵组、稳流系统、标准流量计、流量调节装置、校准表台位、称重装置 、配套管路、计量与自动控制系统等组成。流程总体达到计量准确、自动化程度高、性能稳 定、故障率低、使用寿命长、易维护等性能。
装置的控制系统是其中的一个重要组成部分。主要用来进行装置上各种设备仪表和传感器如 标准流量计、温度传感器、压力传感器、电子天平等和被检地面流量计输出信号的采集处理 ；
完成装置上各种设备仪表如流量开关阀、流量调节阀、泵等的控制运行；
完成符合国家标 准和规程的仪表检定自动控制过程，检定结束后自动生成并打印仪表检定报告和证书。
1 设计依据
本装置设计根据国家计量检定规程和实际应用。
JJG 164-2000 《液体流量标准装置检定规程》；
JJG 643-1994 《标准表法流量标准装置检定规程》；
JJG 1033-2007 《电磁流量计检定规程》；
JJG 1029-2007 《涡街流量计检定规程》；
JJG 1030-2007 《超声波流量计检定规程》；
JJG 198-1994 《速度式流量计检定规程》；
JJG 897-1995 《质量流量计检定规程》；
JJG667-1997 《液体容积式流量计检定规程》。
2 装置功能
装置能采用质量法和标准表法对质量流量计、速度式流量计、容积式流量计进行标定。
装置具备一级标准（质量法）对二级标准（标准表法）使用的标准表进行在线标校功能。
整个标定过程，除拆装被检仪表及对被检仪表进行调校外，其他主要操作均由计算机自动控 制。
计算机软件具备以下功能：①通过键盘设定检定流量点及其他检定参数后，控制系统能自动调节介质流量，并能长时间 稳定工作在给定的流量值上；
②根据流量大小，系统自动选择合适的标准表、称等，并切换到相应的流程支路；
③能将流程当前工作状态用图形、表格、曲线形式进行动态显示；
④可实现数据自动存储、自动查询、自动打印检定结果和检定证书等功能；
⑤可自动进行单点、三点、五点及多点的自动检定；
⑥流量误差显示与修整。
3 装置主要技术指标
流量范围：Qmax≥1 000m3/h。
检定方法：静态质量法、标准表法。
静态质量法装置的不确定度：优于0.02%(k=2)。
标准表法装置的不确定度：优于0.2%(k=2)。
检表口径：DN300、250、200、150、100、80、50、40、25、20、15口径（DN300管线可 扩展检定DN350、DN400口径流量计）。
被检流量计种类：质量流量计、速度式流量计、容积式流量计、电磁流量计、涡街流量计、 超声波流量计等。
被检流量计信号：脉冲信号、4～20mA、1～5VDC。
检定介质：清洁自来水/油。
装置的流量稳定度：优于0.2%。
装置的最大工作压力不超过0.6MPa。
工作方式：自动或半自动。
4 装置组成
装置以控制系统为核心，和其他相关的各子系统配合工作。
控制系统：实现系统控制及数据采集处理等，其包括检定软件、检定柜、控制柜、微机 系统、打印机等。
介质源系统：完成介质存储、供给及稳压等，包括水泵、止回阀、球阀、稳压罐、消气 过滤器及配套管线等。
二级液体流量标准系统：以标准表为标准的标准表法液体流量标准系统，其主要包括流 量调节阀、标准表、开关阀等。
一级液体流量标准系统：以电子秤为标准的静态质量法液体流量标准系统，其主要包括 电子秤、换向器等。
回液系统：采用静态质量法检定时，完成实验介质的回流，其主要包括回液池、回流泵 等。
检定台位：根据实际需要,可配置DN15至DN300不同的检定台位，其中各检定台位包括相应的 气动夹表器，工作台，被检表前后直管段，管线配有高精度的绝压变送器和温度变送器。
动力气源系统：为气动设备提供动力气源，其主要包括压缩气泵（空压机）、贮气罐、 气动三联件、连接管线、法兰、阀门等。
变频控制系统:用于控制介质供给泵，采用一拖多变频器即实现泵电机的软启动又能实现泵 流量调节。
5 工作原理
5.1 采用标准表法进行流量计检定
标准表法是以标准流量计为标准与被检流量计串 联起来进行流量计量比较，从而确定被检流量计的准确度。开始工作前，首先设定流量点和 相应的检定时间（系统可根据用户输入的被检表参数自动设定或由用户自主设定），然后启 动检定过程，系统根据各流量点大小自动选择标准表，并通过控制开关阀切换到相应的支路 ，使流体在检定系统中循环，系统将设定流量与标准流量计瞬时计量值进行PID运算，并将P ID输出值作用于调节阀进行流量调节控制，当流量达到设定的流量点并稳定后，启动检定， 在设定的检定时间内，标准流量计与被检流量计同步累积计量，当达到预定的检定时间时， 同时停止计量，系统依此完成所设定的各流量点检定后，自动保存检定记录，并打印规定格 式的检定记录报表和证书。
系统工作流程原理如图1如下：
5.2 采用静态质量法进行流量计检定
静态质量法是以电子秤为标准，在相同的设定时 间间隔内，以液体流过被检流量计的质量或由设定时间计算出通过被检流量计的质量流量与 电子秤称量比较，从而确定被检流量计的准确度。开始工作前，首先设定流量点和相应的检 定时间(系统可根据用户输入的被检表参数自动设定或由用户自主设定)，然后启动检定过程 ，系统根据各流量点大小和检定时间自动选择相应的流程支路和电子秤，将所选择的秤清零 ，并使换向器处于排空状态，使流体在检定系统中循环；
系统将设定流量与标准流量计瞬时 计量值进行PID运算，并将PID输出值作用于调节阀进行流量调节控制；
当流量达到设定的流 量点并稳定后，启动检定，使换向器处于工作状态，在设定的检定时间内，被检流量计与电 子秤同步累积计量，当达到预定的检定时间时，使换向器处于排空状态，同时被检流量计停 止计量，待数据保存后，将秤重容器内液体排空，并将秤清零；
系统依此完成所设定的各流 量点检定后，自动保存检定记录，并打印规定格式的检定记录报表和证书。
系统工作流程原理如图2所示：
6 控制系统
控制系统硬件包括监控操作单元(工业计算机、打印机)，数据采集与控制单元(检定控制 柜、变频调速柜)，供电单元(电源控制柜、UPS)等。
控制系统软件设计基于Windows 98下VC++(或基于Windows 2000下工业组态软件)进行开发 ，系统软件具有友好的人机界面，运行可靠，操作简单。
操作画面的设计依据Windows风格，在每幅画面的顶部有Windows标准菜单按钮完成画面切换 ，画面包括流程操作主画面、设备参数设置画面、报表画面、报警记录画面、图形(数字、 趋势曲线等)显示画面、数据管理画面、检定证书画面等。
7 流量计检定
每一步骤计算机都会自动出现提示对话框按其要求操作即可完成检定操作，质量法要注意 每次要将灌内的水放净；
电子秤要清零才能进行下一次检定。
检定过程要注意各个部分工作是否正常，换向器是否受控，计量罐内注入的水不能超出设 定的范围。如果出现异常应立即终止检定，用鼠标点击计算机界面上的检定结束红色按钮， 按步骤推出检定过程。
检定结束后计算机自动弹出检定结束框，点击确认并正确填写相关数据打印检定报告。计算 部分根据国家相关规程算法。
