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嵌入式移动微小液体流量校准装置研究


文章日期:2018-04-17|阅读数:


摘    要:

阐述一种可以嵌入大型液体流量标准装置又可搬运到现场作为检定小口径流量计的校准装置, 并对其称重系统、电动换向器、和夹表系统等关键性结构作了原理描述。

1 项目背景

目前, 国内各省、市计量技术机构都非常注重“大口径、大流量”液体流量校准装置的发展, 而对于小流量、微小流量计量的研究则关注少, 使得小流量计量装置的研究和发展较为薄弱, 存在小流量测量准确度较低, 装置整体测量范围达不到小流量计量要求, 检定时间过长, 效率低, 装夹表不便等问题。

国内现有的流量装置大多庞大不易移动, 采取的检测方式主要是将流量计拆卸后送检[1], 对于具有过程控制需求的企业来说拆表装表再送检势必会影响企业生产, 另一方面其送检又涉及人力物力的消耗, 所以将检测服务送到现场是当前计量量传的发展趋势, 故研制一种移动式微小液体流量校准装置是非常必要的。

随着微小流量在航空航天, 生物制药和化工领域的广泛应用, 当前迫切需要对种类繁多、接头各异的小口径流量计进行准确高效的检测[2]。本文研究的嵌入式移动微小液体流量校准装置 (专利1) , 可满足口径DN4mm-DN15mm的各种液体流量计的现场检定要求[3], 也可以并入大口径液体流量校准装置中作为检测小口径流量计的补充, 从而提高检定结果准确度, 缩短检定时间, 保障企业的生产不间断, 提升社会效益。

2 装置工作原理

该装置固定在一辆可升降的推车上 (见图1) , 可调节整个装置的高度, 以适应现场检定的各种高度。两个电子秤 (可拆卸) 固定在两个支架平台上, 两个称重容器分别放置在两部可升降托架上。流水经换向器切换流入容器内时, 计时器计时, 此过程托架将称重容器托起, 称重容器与秤分离, 当水量达到称重限度时, 换向器切换, 计时器停止计时。托架将装满水的容器轻放到秤上称量, 如此得出称重质量m和t, 可计算质量流量Qm:

 

计算公式

 

或查出介质的密度ρ由下式计算体积流量:

 

计算公式

 

检测过程中读取被检流量计的示值Qi则可按下式计算被检流量计单点的相对误差:

 

计算公式

 

图1 嵌入式可移动微小液体流量标准装置

图1 嵌入式可移动微小液体流量标准装置   下载原图

 

该装置配套有横向和竖直的接口和夹紧装置, 可检定校准浮子流量计、涡轮流量计、质量流量计等多种流量计, 并保证垂直和水平度。

3 项目研究的路线

3.1 称重系统设计

由于电子秤对冲击和振动比较敏感, 流体从换向器切换后进入称重容器时会对电子秤造成冲击, 时间久了电子秤的计量性能会发生偏移或损坏, 故流量装置称重系统的布局通常为一边是称重容器一边是排水管, 而不像容积法装置那样换向器切换到两边都是标准容器。由于是单边称重, 在检测流量比为10:1的情况下, 则造成检定效率低下, 检定时间过长。为了提高检测效率, 研制组将设计一种两边都是秤而又不受落水冲击的方法——升举托架 (专利2) , 称重容器进水时托架升起, 进水完毕后托架缓慢下降落在秤上进行称量。见图2。

3.2 电动换向器设计

不同于固定式液体流量标准装置的气动换向器, 可以有空气压缩机、储气罐和许多管线组成气动系统。该装置是移动式的, 为了减轻重量, 装置不能带气动系统, 所以换向器设计成电磁式推拉吸合以达到换向目的, 且换向器结构需牢固, 防震防冲击, 换向速度要快、动作时间要短、设备需轻巧 (专利3) , 换向机构采用平移换向桶式 (喷嘴固定) 或摆动换向管式 (喷嘴移动) , 见图3。

图2 称重系统结构示意图

图2 称重系统结构示意图   下载原图

 

图3 电动换向器

图3 电动换向器   下载原图

 

原理:水流通过喷嘴流入分水器, 若左边电磁线圈通电则换向器向左运动, 此时水流流向右边进入右边的电子秤, 进行测量;若右边电磁线圈通电则左边电磁线圈断电, 换向器右行, 水流入左边电子秤。若是喷嘴移动则是换向到哪一边称重哪一边。

3.3 手动带销夹表器设计

计量系统流量专业的液体流量标准装置通常都做到DN25mm口径以上, DN20mm口径和DN15mm口径采用换管形式进行检测 (由于管道口径小不容易铺设固定管道) , 而DN10mm口径以下几乎没有能力检测。除了要配备较小的电子秤外, 管道的连接也不方便, 特别是DN25mm口径以下的流量计多采用螺纹接头, 而装置上管道连接是法兰连接, 用法兰连接时会使流量计、管道内径不同心, 流体流过时会使流场发生畸变, 不能正确反映流量计的计量性能, 造成检定结果的误判。

由于流量计螺纹管接头的厚薄不一致, 故需要设计一种夹表器 (四爪头可伸缩夹表器, 专利4) , 能够将厚薄不一的涡轮流量计夹住。见图4、图5。

图4 夹表器

图4 夹表器   下载原图

 

1、自定心四爪卡盘, 其特征在于:包括普通管道法兰 (1) , 标准直管段 (2) , 定位螺丝 (3) , 卡爪驱动机构 (4) 、卡盘体 (5) 、活动卡爪 (6) 和被检流量计 (7) 原理:通过在管道上外壁的园套管前后移动带动卡爪驱动机构 (4) , 使活动卡爪 (6) 上下移动从而限制住被检流量计 (7) 的螺纹接头, 限制住后用定位螺丝 (3) 固定, 达到流量计与管道同心同轴安装的目的。且能有效提高流量计安装精度和夹表效率, 满足各种非法兰式流量计的夹紧要求。

图5 夹表器

图5 夹表器   下载原图

 

3.4 接头设计

现场检定会遇到各种不同的接头, 有法兰式、软管式、直管式、喇叭式和锥管式等等, 为了适应各种管道的测量, 需要设计一套流量专用的接头以完成DN4mm~DN25mm口径流量计的衔接。接头比较多, 这里只举三个例子, 见图6。

图6 接头

图6 接头   下载原图

 

4 项目结论

项目完成后该装置可以现场检测DN15mm口径及以下涡轮流量计、质量流量计、浮子流量计、油耗仪和乳汁流量计等;嵌入至大装置上既可检测DN15mm口径以下液体流量计, 又可检测DN25mm~DN50mm口径流量计的小流量部分, 节省检测时间, 提高检测效率, 为企业解决送检周期长的难题, 避免了手持软管换向, 手动卡秒表计时等不规范检测方式, 使流量检测更加严谨标准, 符合量值传递要求。



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