改造現有流量標準裝置實現流量計校準自動化

當前，科技的發展要求國防計量技術機構要不斷提高工作效率，為其提供及時、準確、可靠的計量服務。對于流量計量來說，各種流量標準裝置是實施計量服務的主要手段，其自身的功能、精度與*程度就顯得至關重要。

    我站在現有流量標準裝置的改造方面做了大量的工作，從中也積累了一些經驗和方法。下面本文就以本站的燃油流量標準裝置為例論述實現流量標準裝置微機自動控制校準等多方面技術改造的過程及方法，使其提高工作效率，從而更好地滿足當前國防科技工業在燃油流量計校準方面的需求。

    1 裝置的結構及工作原理

    1.1 裝置的結構

    裝置主要由泵（3臺）、貯油箱、標準秤（兩套）、稱量容器（兩套）、工作砝碼、試驗管路等部分組成，共分為大流量、小流量兩套稱量系統（以下簡稱大系統、小系統），見圖1。

圖1 燃油流量標準裝置結構示意圖

    1.2 工作原理

    開啟泵11（或12、13），將流量調節閥8調至合適的流量，燃油通過整流器16及被檢流量計10、標準流量計9進入稱量容器4，又通過底閥5流入貯油箱6，形成循環。試驗開始時打開控制電磁閥7，關閉底閥5，當稱量容器4中增加的液體達到預定質量m1（皮重）時，秤桿抬起，由傳感器感受的信號啟動流量積算儀同步記下時間和流量計脈沖數，當稱量容器4內的液位達到第二次預設質量m2時，秤桿又抬起，光電信號傳感器1的信號使積算儀的計時、計數停止，記下時間、脈沖。根據收集到的質量（m2-m1），測量時間間隔，通過換算即可計算出容積流量

    式中：q_v為體積流量，m/s；m為標準砝碼質量，kg；k為秤臂比值，無量綱，檢定時給出；ρ_w為標準砝碼密度，kg/m³；ρ₀為空氣密度，kg/m³；ρ₁為油液密度，kg/m³；t為測量時間，s。

    打開底閥5，放空稱量容器4內的燃油，重復以上步驟完成一臺流量計的校準。

    1.3 裝置改造前的工作狀況

    該標準裝置是我站上世紀80年代初從美國COX公司引進的COX311-AHT型燃油流量標準裝置，其性能指標與當時美國國家標準局（NBS）的標準基本相同，具有很強的比對功能。自安裝之后，就一直擔負著國防系統多家科研院所和企業的各種燃油流量計的校準任務。

    由于受當時技術水平的限制，該裝置的校準及數據處理過程基本人工化，工作效率不高，其中對參與運算的流體狀態參數（溫度、脈沖、時間、密度等）都為人工讀取。另外因試驗工作繁重，裝置長期處于工作狀態，致使裝置系統內多種機械、電子元件都受到一定程度的損害甚至不能正常使用。

    另外從我們多年來工作中了解到的情況來看，燃油流量計的實際使用環境千差萬別，大概80%的流量計工作溫度不是常溫或室溫，所以由于校準狀態和工作狀態的不同，也會帶來一定的使用誤差。

    2 實施裝置改造的具體措施和方法

    （1）裝置的溫控系統

    為實現校準介質可變溫的目的，我們做了以下工作：加工了冷、熱水箱各一個，每個水箱容積為1.1m³，其中熱水箱為電和蒸汽加熱組合方式，另配2臺管道泵，泵的流量為6～10m³/h，揚程30m，以水和油的熱交換來改變油溫，達到變溫的目的。可變溫范圍為從常溫到80℃，使該裝置具備了能zui大限度地復現被檢流量計實際工作狀態的能力。從而減少了因校準狀態與工作狀態不同所造成的誤差，確保校準工作的科學性和嚴謹性。

    （2）裝置試驗管路更新和標準表法校準裝置的添加

    為了提高校準工作效率并減少標準秤的使用次數、延長其使用壽命，我們將裝置的試驗管路預留了標準表接口，配備了一組標準表（標準表為渦輪流量計，型號口徑為Ф15，Ф25，Ф40，Ф50，Ф80，Ф100各一臺）。這樣裝置可實現三種校準方式：*，被校流量計使用精度高時使用稱量法；第二，被校流量計使用精度不高時采用標準表法校準；第三，當被校流量計數量較多時，可同時在試驗管道上串聯安裝兩臺同型號的流量計并一次檢出。由此看出，裝置試驗管路的改造，使其又多了一種標準表校準的方法，給流量計的校準工作所帶來的效率也是顯而易見的。

    （3）裝置內控制設備及電氣控制元件的改造

    由于該裝置制造年代久且多年使用過頻，其控制系統部分電、氣控元件老化、損壞，可操作性差。例 如大小泵的轉換控制、稱量容器底閥的開啟、關閉等均為人工操作。所以針對裝置在控制系統方面存在的問題，我們做以下改造：

    ①安裝3臺電控氣閥，分別控制大、小泵的轉換和大、小系統稱量容器底閥的開啟和閉合；

    ②將大小系統試驗管路上安裝兩臺電動/手動自動球閥及兩套氣動伸縮夾具，zui大程度地方便了對不同型號流量計的裝卸，尤其是特殊尺寸流量計的裝卸，提高了這方面的工作效率；

    ③大、小系統試驗管路上分別安裝兩套溫度、壓力傳感器，并由計算機實現對狀態參數的自動采集；

    ④配備一臺多路轉換開關及一臺流量積算儀，同時更換與其相匹配的信號發生器兩個，完成了對裝置控制系統的改造，使其具備了微機自動控制校準的功能。

    （4）裝置微機自動控制校準軟件系統程序的配置

    該軟件以C++為開發工具進行編程，使軟件系統具備檢定參數設定、校準秤和油泵選擇到流量計檢定過程、數據處理、校準結果的輸出和存儲功能。其軟件具體程序流程如圖2所示。

S：檢定參數設定；R：檢定結果及數據查詢；L：檢定曲線；G：工藝流程圖；
M：人工數據輸入；T：變送器參數設定；P：證書打印

圖2 校準軟件程序流程圖

    3 總結

    改造后的燃油流量標準裝置，從校準功能到自動操作程度上都優于改造前，具體體現在以下方面：

    （1）增添標準表法流量校準功能，成倍地提高了校準流量計的工作效率，尤其是在成批量校檢流量計時更為顯著；

    （2）對參與運算的流體狀態參數實施在線自動采集由微機數據處理系統實現多參數補償，消除了因人工讀取狀態參數所帶來的人為誤差；

    （3）裝置大系統試驗管路經改造后（將原來的80mm口徑管路改換為100mm口徑的管路）使其zui大流量由原來的90m³/h提高到現在的104m³/h；

    （4）微機自動控制校準系統的配置，使裝置基本具備了自動校準流量計的功能。現除裝卸流量儀表和使用流量調節閥調流量為人工操作外，其他操作均已實現微機自動化。從而達到裝置改造的zui終目的。

    4 結束語

    流量標準裝置的研究和應用是流量計量和測試技術發展的重要基礎，現今將微機、傳感器等高科技技術應用在多種流量標準裝置上，實現多功能、多參數補償為一體的自動化校準已成為現實。我們相信，隨著今后科學技術的高速發展，在廣大流量計量科研人員的共同努力下，流量計量測試技術將會提高到一個更高的水平。