朱 敏 劉加樹

（1、山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青島卷煙廠，山東 青島266000 2、華東交通大學(xué)理工學(xué)院，江西 南昌330000 3、安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司蚌埠卷煙廠，安徽 蚌埠233000）

1 概述

質(zhì)量流量計需要定期進(jìn)行校準(zhǔn)，按照中國煙草總公司《卷煙加工設(shè)備工藝性能點檢技術(shù)指南》和廠級管理標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定，要求質(zhì)量流量計每年定期溯源，重點工序（加香、加料工序）質(zhì)量流量計每月進(jìn)行計量驗證。企業(yè)現(xiàn)有流量計的定期溯源采用委外校準(zhǔn)方式進(jìn)行，每次校準(zhǔn)或檢定一般需要給質(zhì)量流量計拆下送到專業(yè)計量單位校準(zhǔn)或檢定。也有采用現(xiàn)場在線校準(zhǔn)方式，現(xiàn)場在線校準(zhǔn)采用容積法、比對法和稱重法三種方法。容積法需要拆下被檢測質(zhì)量流量計裝到標(biāo)準(zhǔn)試驗管路裝置中，利用試管容積體積和流量計累計量進(jìn)行比對。采用比對法時標(biāo)準(zhǔn)精密流量計和在線流量計口徑量程的不同都會影響到比對的精度?，F(xiàn)場校準(zhǔn)一般使用電子天平和計時器，需要借用在線流量計輔連的管道和關(guān)聯(lián)的控制系統(tǒng)，校準(zhǔn)時需要采用現(xiàn)場人工計時，電子天平稱重的方式，在測量過程中會產(chǎn)生一些較大的測量誤差，同時對水流量的流量范圍很難進(jìn)行調(diào)節(jié)，無法對流量計線性進(jìn)行全量程校準(zhǔn)。

下表是三種方法校準(zhǔn)精度和優(yōu)缺點對比表。

序號 方法 具體內(nèi)容 校準(zhǔn)精度 優(yōu)缺點 1 容積法 2 比對法 3 稱重法 將被檢流量計安裝到試驗管路中,利用試管容積體積和流量計累計量進(jìn)行比對。 0.50% 需要拆卸流量計,送檢或校準(zhǔn)部分來現(xiàn)場校準(zhǔn),精度低。 將被檢流量計安裝到有高精度標(biāo)準(zhǔn)表管路中,利用標(biāo)準(zhǔn)流量計累計量和被檢流量計累計量進(jìn)行比對。 0.10% 需要拆卸流量計,不同口徑,不同流量計需要不同的高精度標(biāo)準(zhǔn)表,精度一般。 將被檢流量計到稱重容器中,對稱重容器水的重量稱重,利用流量計累計量和水質(zhì)量進(jìn)行比對。 0.1%-0.01% 不需要拆卸流量計,需要高精度電子天平進(jìn)行稱重。精度高。

2 流量計在線校準(zhǔn)裝置設(shè)計

2.1 系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計原則是不拆卸在線質(zhì)量流量計就能在線校準(zhǔn)。校驗裝置具有流量控制系統(tǒng)，流量可調(diào)范圍（0～200）kg/h，穩(wěn)態(tài)時瞬時流量波動不大于±5%。校驗裝置自身帶有電控系統(tǒng)。校準(zhǔn)精度滿足0.5%煙草加工工藝精度要求。

2.2 電控系統(tǒng)設(shè)計

圖1 流量計在線校準(zhǔn)裝置電控系統(tǒng)圖

PLC 選用西門子S7-300,CPU 型號選用CPU315-2PN/DP,電源選用PS307，數(shù)字量DI 選用321 系列,數(shù)字量DO 選用322 系列，模擬量AI 選用331 系列，模擬量AO 選用332 系列，高速計算模塊選用FM350 系列，外加變頻器和操作屏等組成。

2.3 機械系統(tǒng)設(shè)計

機械類由計量泵、水箱、電磁三通閥、手動閥、節(jié)流閥、不銹鋼球閥、不銹鋼快裝接頭組成。水箱要求儲水量大于25L，設(shè)注水口、水泵接口、校驗回流口、自循環(huán)回流口及排污口。與水泵連接管路、回流管均采用采用DN15 卡箍式快裝接頭，排污口設(shè)計DN25 手動排污閥。本裝置結(jié)構(gòu)上主要由柜體、臺面、水箱、循環(huán)系統(tǒng)部件及管路、在線流量計連接軟管等組成。

測量設(shè)備主要有壓力表、標(biāo)準(zhǔn)流量計、稱重儀器。稱重儀器選用電子天平，電子天平量程為50kg，檢定分度值為2g。

3 工作原理

3.1 自循環(huán)系統(tǒng)

打開移動式流量控制裝置電源，系統(tǒng)啟動后，點擊操作屏裝置電控系統(tǒng)啟動按鈕，標(biāo)準(zhǔn)精密質(zhì)量流量計進(jìn)口三通閥切換到計量泵和水箱相通狀態(tài)，電控系統(tǒng)按照監(jiān)控操作屏設(shè)定頻率送給變頻器，由變頻器控制計量泵運行速度，計量泵從水箱抽出的循環(huán)水流經(jīng)電磁三通閥，再經(jīng)自循環(huán)回流管路直接回流到水箱。節(jié)流閥作用為調(diào)節(jié)計量泵的出口水流速，防止小流量情況下變頻器的低頻率運行。壓力表能監(jiān)測管路壓力。

圖2 流量計在線校準(zhǔn)裝置系統(tǒng)控制圖

3.2 稱重法校準(zhǔn)

需要把在線流量計累積量信號接入電控PLC 高速計數(shù)模塊中，在線流量計累積量是通過電控PLC 進(jìn)行計算。校準(zhǔn)流量點選擇及要求。校準(zhǔn)流量點為接近實際工作條件下的流量點，校準(zhǔn)次數(shù)不少于3 次。如果條件允許可分別在流量點上、下各增加一個校準(zhǔn)流量點，每個流量點校準(zhǔn)次數(shù)不少于3 次。

用實際測量物料或水倒入移動式流量控制裝置水箱，接料容器放在電子天平上。關(guān)閉現(xiàn)場設(shè)備系統(tǒng)中在線流量計工作管路前后手閥，使用2 根軟管把移動式流量控制裝置流出、流入快接頭和在線質(zhì)量流量計管道校準(zhǔn)管道上的流入、流出快接頭進(jìn)行對接，打開在線流量計和移動式流量控制裝置的連通手閥。啟動移動式流量控制裝置自循環(huán)系統(tǒng)，觀察其自身系統(tǒng)是否工作正常，管道、接頭是否有泄露，觀察液體流入接料容器電子天平稱重是否正常。啟動移動式流量控制裝置泵，給校準(zhǔn)前流量計管道中充滿水，使得水流入稱重系統(tǒng)的接料容器，停止移動式流量控制裝置泵。流量計零點的校驗，使流過流量計的流量為零，觀察讀取流量計的是否為0 示值。啟動泵，調(diào)整泵的速度，使得流量達(dá)到所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)點流量值附近。稱重水箱下的電子天平進(jìn)行實時動態(tài)稱重，電子天平通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸把水實時重量傳輸?shù)诫娍豍LC。標(biāo)準(zhǔn)精密質(zhì)量流量計水流量值通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)诫娍豍LC，電控系統(tǒng)通過PID 閉環(huán)控制變頻器的頻率，變頻器控制計量泵的轉(zhuǎn)速來控制水流量值達(dá)到設(shè)定的流量值。

當(dāng)水流達(dá)到設(shè)定的流量值穩(wěn)態(tài)后，啟動監(jiān)控操作屏稱重校準(zhǔn)按鈕，PLC 自動記錄開始計算電子天平和在線流量計流過水累計量，當(dāng)累積量達(dá)到要求時，PLC 自動記錄在線流量計累積量的測量值和電子天平累積量。標(biāo)準(zhǔn)點流量值不變，當(dāng)下一次累積量達(dá)到要求時，記錄在線流量計累積量的測量值和電子天平累積量的標(biāo)準(zhǔn)值，重復(fù)次數(shù)不少于3 次。通過計算現(xiàn)累計量和初始值累計量的差值計算此流量點的精度。調(diào)整泵的速度，使得流量達(dá)到所設(shè)定的下一個標(biāo)準(zhǔn)點流量值且流量穩(wěn)定，重復(fù)上述工作。通過比對電子天平水的稱重量平均值和在線流量計水的累積量平均值之間的誤差來判斷在線流量計精度是否在誤差范圍內(nèi)。

3.3 比對法校準(zhǔn)

比對法校準(zhǔn)和稱重法校準(zhǔn)原理不同，比對法要求高，不同的測量范圍需要不同的標(biāo)準(zhǔn)精密質(zhì)量流量計，一般只用于計量單位鑒定質(zhì)量流量計使用。采用現(xiàn)場比對法校準(zhǔn)，需要每次更換流量計在線校準(zhǔn)裝置中標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量計，標(biāo)準(zhǔn)流量計和現(xiàn)場匹配度的流量計測量范圍應(yīng)匹配。比對校準(zhǔn)前，把在線流量計累積量脈沖信號接入電控PLC 高速計數(shù)模塊，通過電控PLC 計算高速計數(shù)模塊脈沖信號，計算在線流量計的累積量。

先把現(xiàn)場設(shè)備系統(tǒng)中在線流量計工作管路前后手閥關(guān)閉，使得在線流量計管路和設(shè)備系統(tǒng)中管路截止，在使用兩根軟管把在線流量計校準(zhǔn)裝置的進(jìn)、出管路和設(shè)備中的在線質(zhì)量流量計接通。在監(jiān)控操作屏上設(shè)定流過標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量計的水流量值，當(dāng)按下比對啟動按鈕，齒輪泵與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量計相通，在線流量計與水箱相通。齒輪泵從水箱抽出的水流經(jīng)電磁三通閥、標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量計、手動閥、在線流量計、手動閥、電磁三通閥流回到水箱。標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量計的水流量值通過網(wǎng)絡(luò)反饋到電控系統(tǒng)，電控系統(tǒng)通過PID 閉環(huán)控制變頻器的頻率，當(dāng)水流達(dá)到設(shè)定的流量值穩(wěn)態(tài)后，啟動監(jiān)控操作屏稱重校準(zhǔn)按鈕，PLC 自動記錄開始計算標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量計和在線流量計流過水累計量，當(dāng)累積量達(dá)到要求時，PLC 自動記錄在線流量計累積量的測量值和標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量計累積量，標(biāo)準(zhǔn)點流量值不變，當(dāng)下一次累積量達(dá)到要求時，記錄在線流量計累積量的測量值和標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量計累積量的標(biāo)準(zhǔn)值，重復(fù)次數(shù)不少于3 次。通過計算現(xiàn)累計量和初始值累計量的差值計算此流量點的精度。調(diào)整齒輪泵的速度，使得流量達(dá)到所設(shè)定的下一個標(biāo)準(zhǔn)點流量值且流量穩(wěn)定，重復(fù)上述工作。通過比對標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量計的累積量平均值和在線流量計水的累積量平均值之間誤差值來判別在線流量計精度是否在誤差范圍內(nèi)。

4 精度計算

流量計示值誤差計算

式中：Eij——第i 校準(zhǔn)點示值相對誤差；n——校準(zhǔn)次數(shù)。

流量計重復(fù)性計算

5 結(jié)論

在線流量計校準(zhǔn)裝置，該裝置精度高、流量范圍寬、靈活性強，由于在線校準(zhǔn)裝置中有標(biāo)準(zhǔn)精密質(zhì)量流量計，使得該裝置又具有在線比對校準(zhǔn)功能，這樣在線流量計校準(zhǔn)具有比對校準(zhǔn)和稱重校準(zhǔn)雙重功能，能快捷、方便對在線電磁流量計和質(zhì)量流量計進(jìn)行校準(zhǔn)。