王俊濤，桑培勇

（國防科技工業(yè)4113計(jì)量站，河南 新鄉(xiāng) 453049）

0 引 言

鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置是氣體流量計(jì)量的主要標(biāo)準(zhǔn)，在國內(nèi)有著廣泛應(yīng)用。在各計(jì)量機(jī)構(gòu)中現(xiàn)存鐘罩多為早期制造，存在較多不足之處，如壓力不高、自動(dòng)化程度低等。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，已不能完全滿足現(xiàn)有氣體流量計(jì)量的需要。因此，對現(xiàn)有鐘罩式裝置進(jìn)行技術(shù)改造，提高其技術(shù)參數(shù)及自動(dòng)化程度非常必要[1-3]。

本文以某2000L鐘罩式裝置為基礎(chǔ)，對其實(shí)施技術(shù)改造。通過此次改造以期提高其部分性能指標(biāo)，同時(shí)此次改造的完成對同類裝置后期改造具有一定的指導(dǎo)意義。

1 裝置簡介

本裝置基本原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。鐘罩是一個(gè)倒置的容器，上部密閉，下部開口，放于液槽中。利用鐘罩自身重量、配重及補(bǔ)償機(jī)構(gòu)形成一個(gè)恒壓源。鐘罩內(nèi)腔作為標(biāo)準(zhǔn)容器，工作時(shí)鐘罩下行推動(dòng)內(nèi)部氣體通過導(dǎo)氣管經(jīng)被檢流量計(jì)排出[1]。

裝置主要性能指標(biāo)如下：

流量范圍：4.7～263m3/h；

工作壓力：5320Pa；

不確定度：0.2%。

2 改造內(nèi)容

2.1 工作原理

由于鐘罩工作時(shí)靠其自身重量、配重及補(bǔ)償機(jī)構(gòu)形成壓力空氣，壓力較低，在檢定差壓式流量計(jì)及質(zhì)量流量計(jì)等壓損較高的流量計(jì)時(shí)，難以滿足要求。

圖1 裝置原理圖

圖2所示為改造后原理圖。鐘罩本身不變，裝置保留原有各項(xiàng)功能和參數(shù)，通過增加恒壓氣源，實(shí)現(xiàn)反充進(jìn)氣檢定法。反充實(shí)驗(yàn)時(shí)，原導(dǎo)氣管末端與恒壓氣源相連，壓縮空氣經(jīng)氣源、被檢流量計(jì)后進(jìn)入鐘罩。反沖試驗(yàn)工作壓力由恒壓氣源壓力控制，鐘罩只作為標(biāo)準(zhǔn)容器使用。

恒壓氣源由壓縮機(jī)、冷卻器、穩(wěn)壓管和過濾器等組成。

工作壓力：0.6MPa；

最大流量：260m3/h。

圖2 改造后原理圖

2.2 多功能管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

新設(shè)計(jì)管路如圖3所示，其具有快速裝夾及正反安裝的功能。通過安裝氣動(dòng)夾表器實(shí)現(xiàn)被檢流量計(jì)的快速安裝。有前后直管段要求的流量計(jì)，在要求正反充不同試驗(yàn)要求時(shí)，可以根據(jù)需要調(diào)換表前后直管段，以滿足安裝要求。豎直安裝流量計(jì)正充試驗(yàn)時(shí)，關(guān)閉截止閥10，打開截止閥7，調(diào)節(jié)三通球閥上端與橫向相通，氣體經(jīng)鐘罩、水平管路、被檢流量計(jì)、三通球閥排出。反充試驗(yàn)時(shí)關(guān)閉截止閥7，打開截止閥10，三通球閥上下連通，氣體經(jīng)截止閥10、被檢流量計(jì)8、三通球閥9、水平管道進(jìn)入鐘罩。

主管口徑：50mm；

耐壓參數(shù)：1.6MPa；

圖3 新設(shè)計(jì)管路系統(tǒng)

主 要 孔 徑 ：DN50，DN40，DN32，DN25，DN20，DN15，DN10。

2.3 測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

測控系統(tǒng)需要控制的量為

（1）直管段前后電動(dòng)閥；

（2）進(jìn)氣閥電動(dòng)閥。

測控系統(tǒng)需要采集的量為

（1）壓力：鐘罩內(nèi)壓力，表前表后壓力；

（2）溫度：鐘罩內(nèi)溫度，被檢表處壓力；

（3）被檢表輸出信號(hào)：脈沖、電流、電壓等；

（4）環(huán)境參數(shù)：大氣壓、氣溫、大氣濕度。

測控系統(tǒng)采用基于PC機(jī)的自動(dòng)檢定系統(tǒng)，系統(tǒng)由硬件、軟件兩部分組成。硬件部分包括PC機(jī)、檢定儀器或傳感器及接口系統(tǒng)，其構(gòu)成如圖4所示[3]。

圖4 基于PC機(jī)自動(dòng)檢定系統(tǒng)硬件構(gòu)成

根據(jù)以上設(shè)計(jì)要求和所確定的控制采集參數(shù)，選用測控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示。系統(tǒng)主要由各類傳感器、開關(guān)、放大器、多路開關(guān)、流量積算儀、環(huán)境參數(shù)測量儀、壓力溫度測量儀、串口擴(kuò)展卡以及PC機(jī)等組成。傳感器的主要作用是通過自身的變化來感知待測物理量的變化并將待測物理量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；各種測量儀的作用是對傳感器傳輸?shù)碾娦盘?hào)進(jìn)行調(diào)理，便于計(jì)算機(jī)采集，同時(shí)測量儀本身具有數(shù)字顯示功能，實(shí)時(shí)顯示被測量數(shù)值，便于監(jiān)控；PC機(jī)的作用是支撐軟件系統(tǒng)的運(yùn)行，采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)并完成數(shù)據(jù)的顯示、處理，試驗(yàn)結(jié)果的保存以及試驗(yàn)報(bào)表的輸出；各電磁開關(guān)、繼電器的主要作用是控制各電磁閥等的開關(guān)[3-4]。

圖5 控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

軟件開發(fā)采用C#語言，基于Visual Studio 2005平臺(tái)，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面采用了Access微機(jī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)[5-7]。圖6為軟件的操作流程圖。登陸軟件系統(tǒng)后，出現(xiàn)兩個(gè)分支，一條分支是用戶管理，另一條是進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。普通用戶登陸后，依次進(jìn)行流量計(jì)類型選擇、系統(tǒng)選擇、信息輸入、試驗(yàn)開始、結(jié)果輸出、退出平臺(tái)、退出系統(tǒng)等操作。管理員用戶登陸后，除可進(jìn)行普通用戶操作，還可以進(jìn)行用戶管理，包括添加、修改以及刪除用戶等。此測控系統(tǒng)界面友好，操作方便，可移植、可擴(kuò)展性強(qiáng)。

3 試驗(yàn)測試

在對本裝置改造完成的基礎(chǔ)上，對其整體進(jìn)行試驗(yàn)檢定。檢定內(nèi)容、方法及主要結(jié)果簡述如下，包括外觀檢查、密封性試驗(yàn)、壓力波動(dòng)試驗(yàn)、計(jì)時(shí)器檢定和標(biāo)準(zhǔn)容器檢定等[8]。

（1）外觀檢查。鐘罩、液槽和導(dǎo)柱安裝規(guī)范；光電發(fā)訊器、計(jì)時(shí)觸發(fā)擋板等部件安裝牢固可靠；鐘罩筒體表面無劃痕，無明顯變形，上下勻稱；閥門旋轉(zhuǎn)靈活，管路無滲漏，密封介質(zhì)潔凈；控制系統(tǒng)操作方便，顯示清晰，反應(yīng)靈敏，安全，可靠；銘牌標(biāo)示清晰，外觀檢查符合規(guī)程相應(yīng)條款要求，合格。

（2）密封性試驗(yàn)。鐘罩升至最高位置，穩(wěn)定10min及停1h后測得的相應(yīng)數(shù)據(jù)如表1所示。

圖6 軟件總體流程圖

表1 穩(wěn)定性數(shù)據(jù)表

試驗(yàn)結(jié)果表明裝置密封性良好。

（3）壓力波動(dòng)試驗(yàn)

最大流量Qmax=262m3/h時(shí)，壓力波動(dòng)最大值為19Pa；

最小流量Qmin=4m3/h時(shí)，壓力波動(dòng)最大值為7Pa。

壓力波動(dòng)符合檢定規(guī)程要求。

（4）計(jì)時(shí)器檢定。計(jì)時(shí)器檢定數(shù)據(jù)見表2。

計(jì)時(shí)器不確定度：

A類相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為urA1=0.003%；

B類相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為urB1=0.006%。

（5）標(biāo)準(zhǔn)容器檢定

此次對2000L鐘罩的檢定采用尺寸測量法，結(jié)果如表3、表4所示。

1）鐘罩標(biāo)準(zhǔn)容積 V（L）

VAB=99.387；

VBC=300.779；

VCD=500.858。

2）溫度控制檢定

鐘罩內(nèi)的氣溫：12.1℃；

液槽內(nèi)的水溫：12.0℃；

溫差：0.1℃。

表2 計(jì)時(shí)器檢定數(shù)據(jù)

表3 直徑測量數(shù)據(jù)

表4 擋板高度測量數(shù)據(jù)表

3）裝置合成不確定度

4 結(jié)束語

通過對此系統(tǒng)的改造工作壓力最高可達(dá)0.6MPa，可正反充工作。改造后裝置可以很好地滿足質(zhì)量流量計(jì)等壓力損失較高流量計(jì)的工作需要。裝置測控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠快速準(zhǔn)確地得出試驗(yàn)結(jié)果和出具試驗(yàn)報(bào)告，大大提高了工作效率，減小人為誤差及試驗(yàn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。經(jīng)試驗(yàn)檢定，本裝置改造后運(yùn)行穩(wěn)定可靠，各項(xiàng)指標(biāo)滿足預(yù)期設(shè)計(jì)要求。

[1]蘇彥勛，梁國偉，盛健.流量計(jì)量與測試[M].2版.北京：中國計(jì)量出版社，2007.

[2]王自和，范砧.氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置[M].北京：中國計(jì)量出版社，2005.

[3]仝衛(wèi)國，李國光，蘇杰，等.計(jì)量測試技術(shù)[M].北京：中國計(jì)量出版社，2006.

[4]葉湘濱，熊飛麗，張文娜，等.傳感器與測試技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[5]成潔.基C#的極低功耗無線網(wǎng)絡(luò)溫度監(jiān)測系統(tǒng)的上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2010（9）：22-24.

[6]Powers L，Snell M.Visual Studio技術(shù)大全[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[7]顏金傳，黃平山，陳德全.Access2007從入門到精通[M].北京：電子工業(yè)出版社,2007.

[8]JJG 165—2005鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置[S].北京：中國計(jì)量出版社，2005.