戴麗娜

(寧波市計(jì)量測(cè)試研究院，寧波 315000)

0　引言

水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置是檢定各種類型的流量計(jì)及研究流量計(jì)量測(cè)試方式的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備[1]。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，寧波正在成為長(zhǎng)三角南翼重要的先進(jìn)制造業(yè)基地，涌現(xiàn)出了一批大型企業(yè)，如鎮(zhèn)海煉化、臺(tái)塑化機(jī)。這些企業(yè)都配置了大量的液體流量計(jì)，用于水、油及化工原料等液態(tài)物料的計(jì)量。為適應(yīng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展需要，建立或更新經(jīng)濟(jì)適用、可滿足多種類型流量計(jì)檢定需要的水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，作為社會(huì)公用標(biāo)準(zhǔn)，尤為迫切[2]。因此，建立高準(zhǔn)確度、寬量程的水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，既可以有效地規(guī)范液體流量計(jì)計(jì)量檢定工作，又為企業(yè)及時(shí)溯源創(chuàng)造良好的條件。同時(shí)可有效監(jiān)控水資源及生活污水排放量，對(duì)貿(mào)易結(jié)算、流量事業(yè)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)、能源計(jì)量等監(jiān)管工作具有重要的意義。

1　裝置原理

該裝置可組合使用靜態(tài)容積法、靜態(tài)質(zhì)量法和標(biāo)準(zhǔn)表法三種檢測(cè)方法。

靜態(tài)質(zhì)量法(含啟停質(zhì)量法)：在靜止?fàn)顟B(tài)下，稱量一段時(shí)間內(nèi)容器中的液體質(zhì)量，從而計(jì)算出流量[3]。

靜態(tài)容積法(含啟停容積法)：在靜止?fàn)顟B(tài)下，測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)工作量器中的液體體積量，從而計(jì)算出流量[3]。

標(biāo)準(zhǔn)表法：以標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)器，使流體在相同時(shí)間間隔內(nèi)連續(xù)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和被檢流量計(jì)，比較兩者的輸出流量值，從而確定被檢流量計(jì)的計(jì)量性能[4]。

2　裝置的結(jié)構(gòu)功能

裝置主要由硬件系統(tǒng)和程序系統(tǒng)組成。

2.1　硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)包括水源系統(tǒng)、管道系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)3部分。

2.1.1水源系統(tǒng)

水源系統(tǒng)主要由水池、穩(wěn)壓罐組和水泵組組成。建造的地下水池面積400m2，貯水量大于700m3，水溫變化小。水池底部設(shè)計(jì)排污井并安裝過(guò)濾網(wǎng)，以保持水源相對(duì)潔凈。泵吸口間隔設(shè)計(jì)為1.5m，可避免因水池表面積大易析出氣泡而對(duì)水泵吸程產(chǎn)生影響。穩(wěn)壓罐(圖1為穩(wěn)壓罐組實(shí)物圖)設(shè)計(jì)了多層阻尼板，可吸收波動(dòng)，穩(wěn)定水壓。水泵組選用多臺(tái)低噪音多極離心泵，每臺(tái)水泵配有變頻器。泵的開啟采用計(jì)算機(jī)控制模式，運(yùn)行過(guò)程中計(jì)算機(jī)可根據(jù)流量大小，通過(guò)有源的RS232-485轉(zhuǎn)換器直接向水泵發(fā)送指令，抗干擾性強(qiáng)、高效節(jié)能。

圖1　穩(wěn)壓罐

2.1.2管道系統(tǒng)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地條件，設(shè)計(jì)了小(DN4- DN50)、中(DN50- DN300)、大(DN350- DN 800)三套獨(dú)立運(yùn)行的管路。其中常用的DN50- DN100管路采用轉(zhuǎn)盤式結(jié)構(gòu)，其他采用平鋪結(jié)構(gòu)。三套管路均滿足表前直管段40D，表后直管段20D的要求，并采用縮管的方式，以減少擾動(dòng)對(duì)流體的影響。同時(shí)設(shè)計(jì)閥門和氣動(dòng)管路，實(shí)現(xiàn)水表裝、卸過(guò)程的自動(dòng)控制。圖2為中、大口徑試驗(yàn)管路分布實(shí)景圖。

圖2　中、大口徑試驗(yàn)管路

2.1.3計(jì)量系統(tǒng)

為保證裝置的高準(zhǔn)確度等級(jí)，綜合換向器、溫度及其他各種因素的影響，配套量器的最大允許誤差應(yīng)不超過(guò)±0.05%，配套衡器的最大允許誤差應(yīng)不超過(guò)±0.02%。因此，采用分辨力為0.1mm的傳統(tǒng)液位指示裝置與容積法配套；三臺(tái)托利多稱重傳感器和稱重顯示儀與稱量法配套，其量程分別為30kg、300kg、1500kg，最小分度值為5g、50g、250g。作為標(biāo)準(zhǔn)表的三臺(tái)口徑分別為DN3、DN15和DN80的電磁流量計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí)為0.2級(jí)(在檢測(cè)過(guò)程中作為在線控制儀表，可顯示實(shí)際流量數(shù)值并對(duì)流量點(diǎn)進(jìn)行控制)。

檢定無(wú)信號(hào)輸出的直讀指針式或字輪數(shù)字式的流量計(jì)(水表)時(shí)，計(jì)算機(jī)采用攝像及圖片處理技術(shù)讀取數(shù)據(jù)，可分辨表盤最小位讀數(shù)的1%。

2.2　程序系統(tǒng)

PLC是目前組成控制系統(tǒng)的主流核心部件[5]，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性好、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因此采用工控機(jī)+PLC的控制模式。同時(shí)采用靈活、開放的仿真平臺(tái)(ODE)及開放數(shù)據(jù)庫(kù)互連(ODBC)引擎，通過(guò)結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言數(shù)據(jù)庫(kù)(SQL)編寫數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)、操作程序。編寫的程序系統(tǒng)具有信息輸入、自動(dòng)檢定、報(bào)表打印、數(shù)據(jù)查詢等功能。

系統(tǒng)中的遙控啟停功能模塊，可使用遙控器遙控?fù)Q向器的換向動(dòng)作，縮短換向時(shí)間。自動(dòng)保護(hù)與故障報(bào)警模塊，可有效防止量筒液位過(guò)高、意外斷電引起水溢出、觸電等各類危險(xiǎn)事件發(fā)生。數(shù)據(jù)采集模塊，質(zhì)量法時(shí)采用計(jì)算機(jī)直接讀取衡器數(shù)據(jù)的模式；容積法時(shí)采用攝像法和高精度液位計(jì)相結(jié)合的模式；標(biāo)準(zhǔn)表法時(shí)可采用電流、電壓、頻率、脈沖等四種模式。檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)功能，檢測(cè)時(shí)，在計(jì)算機(jī)上設(shè)定參數(shù)后，由系統(tǒng)自動(dòng)完成單流量點(diǎn)或多流量點(diǎn)的檢測(cè)工作，計(jì)算機(jī)顯示實(shí)際工況狀態(tài)參數(shù)，檢查過(guò)程中可隨時(shí)調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)。圖3是計(jì)算機(jī)顯示的狀態(tài)參數(shù)。

圖3　計(jì)算機(jī)顯示的工作界面

3　裝置的技術(shù)指標(biāo)

該裝置嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造，與國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)比較，具有流量測(cè)量范圍寬、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。其主要技術(shù)指標(biāo)如下：

準(zhǔn)確度：標(biāo)準(zhǔn)表法MPE為±0.2%，容積法MPE為±0.1%，質(zhì)量法MPE為±0.05%。

管道水源壓力：0.4MPa。

流量范圍：0.004～6000m3/h。

被檢流量計(jì)(水表)口徑： 4～800mm。

可檢測(cè)流量計(jì)類型：容積式流量計(jì)、速度式流量計(jì)、水表、電磁流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)等。

4　小結(jié)

該裝置列入國(guó)家質(zhì)檢總局科技計(jì)劃項(xiàng)目2008QK132(高準(zhǔn)確度水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的研制)，目前已通過(guò)驗(yàn)收。在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中參考并借鑒了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)計(jì)范例，檢測(cè)能力已達(dá)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

依托該裝置，本單位可在發(fā)揮自身人才、技術(shù)、裝備、科研等方面的綜合優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，提升和完善檢測(cè)能力，縮小計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)自身的能力與社會(huì)發(fā)展要求之間的差距，有效為社會(huì)、企業(yè)服務(wù)，同時(shí)為其他地區(qū)類似裝置的建設(shè)提供一定的參考經(jīng)驗(yàn)。

[1]郭建林.水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置性能評(píng)價(jià)與提高節(jié)流裝置的標(biāo)定精度[J].動(dòng)力工程，1990,10 (3):39-44

[2]朱愛民，趙五州，劉辰魁.靜態(tài)容積法、標(biāo)準(zhǔn)表法互補(bǔ)水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的研制[J].計(jì)量技術(shù)，2007(5):41-43

[3]JJG 164—2000液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程[S]

[4]JJG 643—2003標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程[S]

[5]趙士銘,郭永濤.水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置控制系統(tǒng)[J].中國(guó)計(jì)量，2008(2):104-106