腰轮流量计自动检定装置

利用体积管、ＰＣ 机、ＰＬＣ 为主要硬件，组态王软件为开发平台，构建腰轮流量计自动检定装置。 根据检定规程要求，确定检定点，控制流量，装置自动读取计数器频率、自动采集温度、压力值，自动计算出标准装置体积管的容积值、流量计累积流量值、示值误差、重复性及 K 系数等。 实现可视的操作界面、保存检定数据、打印检定证书、检定结果通知书等功能。

0.引言

腰轮流量计是目前油田和管道输送中使用较广泛且时间较长的一种流量计量器具。 计量精度可达 ±０.２％（ 甚至 ±０.１％） 符合标准对计量器具的精度要求。 可以实现各种油品的准确计量，是买卖双方普遍接受的一种计量器具。 流量计能否提供准确的计量数据，除了使用者正常维护和保养外，避免人为造成的计量检定误差，必须进行周期检定。 必须有一套流量单位复现方法和检定系统对使用流量仪表传递的标准方法。 建立流量计量的标准装置，以保证量值传递和流量测量的准确度。 如果手动检定，数据处理复杂，工作量大且容易出错。 标准表法准确度低，一般为０.２ 级，只能采用比对的方法进行检定；标准体积管法的准确度高，一般为 ０.０５ 级。 腰轮流量自动检定装置（ 以下简称检定装置），为满足上述要求，采用体积管法，根据计量检定规程《 ＪＪＧ ６６７—２０１０ 液体容积式流量计检定规程》设计制造而成，适用于腰轮流量计首次检定、后续检定和使用中检验。

１ 检定装置的硬件设计原理

１.１ 腰轮流量计检定原理

腰轮流量计（ 以下简称流量计） 检定原理如图１ 所示。 腰轮流量计是一种容积式流量计。 流量计内部的两个咬合的腰轮和内腔壁形成计量空间，通过液体推动腰轮转动，将上述空间内的液体排出流量计。 同时计数装置和脉冲发讯器，在流量计表头指示器上显示出体积值，并将电脉冲信号远传。

检定系统由检定用流量标准装置（ 体积管计量段Ｔ）、球型置换器Ｑ、被检腰轮流量计 Ｌ、流量出口电磁阀 Ｖ３、压力变送器（ Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）、温度变送器（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）、流量调节阀 Ｍ１、体积管入出口电磁阀（Ｖ２、Ｖ１）、体积管检测开关（Ｄ１、Ｄ２）、四通换向阀Ｖ５、放气电磁阀 Ｖ４ 等组成。

用体积管法检定流量计的原理是利用体积管两检测开关间标准容积作为标准，检定介质在泵压作用下推动球型置换器（ 弹性橡胶球） 在标准管内移动，分别触发检测开、关向频率计数器发出开、关信号，累积被检腰轮流量计在此区间内所发出的脉冲信号，将标准状态下的容积值经过温度、压力修正后得到标准容积值。 具体操作如下：

１）打开被检流量计的流量调节阀，关闭被检流量计的出口阀。 让介质通过流量计流经体积管，应使流量计在７０％～１００％的***大流量下运行。 待运行一段时间后再进行检定，使体积管管壁温度达到平衡。

２）检定前先发几次球，对体积管进行排气，确认无气后关闭排气阀， 使检定球回到发球状态。

３）对准确度等级优于 ０.２ 级的流量计，其检定点应为均匀分布的５ 个点，其中含***大流量和***小流量。 每个流量点至少检定３ 次。 检定时，用标准体积管的出口调节阀调节流量计的流量，使标准体积管的出口压力始终保持高于检定介质在工作温度下的饱和蒸汽压。

４）由电控系统操作标准体积管发球，当检定球触动个检测开关时，自动开始记录流量计发出的脉冲；当球触动第二个检测开关时，自动停止记录流量计发出的脉冲数，读取脉冲记录器上的脉冲示值；当检定球在两个检测开关之间的标准段中运行时，应测量和记录标准体积管进、出口及流量计

式中：Vs  为体积管标准体积值，ｍ３ ；ps  为标准体积

管处液体的表压力平均值，Ｐａ；D 为标准体积管内经，ｍｍ；e 为标准体积管壁厚，ｍｍ；Es 为标准体积

管材料的弹性模量，Ｐａ；βs 为标准体积管的体积膨胀系数，℃ －１ ； ts 为标准体积管处介质温度的平均值，℃。

１.２.２ 将标准体积管处实际体积 V 的值换算到流

式中：（ δm ） ｍａｘ 为各检定点各次检定示值误差的***大值。

１.２.４ 流量计的重复性各检定点的重复性

式中：Qs 为在某流量点下的各次标准体积管处实际体积 V 的值换算到流量计检定条件下的累积流量实际值，ｍ３ ；QM 为在某流量点下的各次检定时间内流量计累积流量示值，ｍ３ 。

１.３ 检定装置硬件电路

检定装置数据采集、控制框图如图２ 所示。

检定装置硬件电路由被检流量计处温度、压力变送器Ｔ１、Ｐ１，体积管入口、出口温度压力变送器

Ｔ２、Ｔ３、Ｐ２、Ｐ３，检测开关 Ｄ１、Ｄ２，四通换向阀 Ｖ５，流

量调节阀Ｍ１，电磁阀 Ｖ１ ～Ｖ４，被检流量计 Ｌ 等组成。 根据检定规程要求，实现计算机（ 组态软件）、可编程控制器对检定过程自动控制。 对相关的数据进行处理，对检定记录表和证书进行打印。

１.３.１ 可编程控制器电路与程序

可编程控制器选用欧母龙 ＣＰ１Ｈ －ＸＡ４０ＤＲ －Ａ［２］ 。 电源电压：２２０ＶＡＣ；输入点数：２４ 点；输出点

数：１６ 点；输出形式：继电器。 内置模拟输入 ４ 点（占用 ＣＨ 数 ４ＣＨ）。 输入信号量程：１ －５ＶＤＣ；率：１／１６０００ 或 １／１２０００。 内置模拟输出２ 点（ 占用

ＣＨ 数 ２ＣＨ）。 ＣＰＭ１Ａ －ＡＤ０４１ 外扩展 Ａ／Ｄ 转换器（占用 ＣＨ 数 ４ＣＨ）。

可编程控制器程序框图如图３ 所示，程序（略）。