改造现有流量标准装置实现流量计校准自动化

当前，科技的发展要求国防计量技术机构要不断提高工作效率，为其提供及时、准确、可靠的计量服务。对于流量计量来说，各种流量标准装置是实施计量服务的主要手段，其自身的功能、精度与*程度就显得至关重要。

    我站在现有流量标准装置的改造方面做了大量的工作，从中也积累了一些经验和方法。下面本文就以本站的燃油流量标准装置为例论述实现流量标准装置微机自动控制校准等多方面技术改造的过程及方法，使其提高工作效率，从而更好地满足当前国防科技工业在燃油流量计校准方面的需求。

    1 装置的结构及工作原理

    1.1 装置的结构

    装置主要由泵（3台）、贮油箱、标准秤（两套）、称量容器（两套）、工作砝码、试验管路等部分组成，共分为大流量、小流量两套称量系统（以下简称大系统、小系统），见图1。

图1 燃油流量标准装置结构示意图

    1.2 工作原理

    开启泵11（或12、13），将流量调节阀8调至合适的流量，燃油通过整流器16及被检流量计10、标准流量计9进入称量容器4，又通过底阀5流入贮油箱6，形成循环。试验开始时打开控制电磁阀7，关闭底阀5，当称量容器4中增加的液体达到预定质量m1（皮重）时，秤杆抬起，由传感器感受的信号启动流量积算仪同步记下时间和流量计脉冲数，当称量容器4内的液位达到第二次预设质量m2时，秤杆又抬起，光电信号传感器1的信号使积算仪的计时、计数停止，记下时间、脉冲。根据收集到的质量（m2-m1），测量时间间隔，通过换算即可计算出容积流量

    式中：q_v为体积流量，m/s；m为标准砝码质量，kg；k为秤臂比值，无量纲，检定时给出；ρ_w为标准砝码密度，kg/m³；ρ₀为空气密度，kg/m³；ρ₁为油液密度，kg/m³；t为测量时间，s。

    打开底阀5，放空称量容器4内的燃油，重复以上步骤完成一台流量计的校准。

    1.3 装置改造前的工作状况

    该标准装置是我站上世纪80年代初从美国COX公司引进的COX311-AHT型燃油流量标准装置，其性能指标与当时美国国家标准局（NBS）的标准基本相同，具有很强的比对功能。自安装之后，就一直担负着国防系统多家科研院所和企业的各种燃油流量计的校准任务。

    由于受当时技术水平的限制，该装置的校准及数据处理过程基本人工化，工作效率不高，其中对参与运算的流体状态参数（温度、脉冲、时间、密度等）都为人工读取。另外因试验工作繁重，装置长期处于工作状态，致使装置系统内多种机械、电子元件都受到一定程度的损害甚至不能正常使用。

    另外从我们多年来工作中了解到的情况来看，燃油流量计的实际使用环境千差万别，大概80%的流量计工作温度不是常温或室温，所以由于校准状态和工作状态的不同，也会带来一定的使用误差。

    2 实施装置改造的具体措施和方法

    （1）装置的温控系统

    为实现校准介质可变温的目的，我们做了以下工作：加工了冷、热水箱各一个，每个水箱容积为1.1m³，其中热水箱为电和蒸汽加热组合方式，另配2台管道泵，泵的流量为6～10m³/h，扬程30m，以水和油的热交换来改变油温，达到变温的目的。可变温范围为从常温到80℃，使该装置具备了能zui大限度地复现被检流量计实际工作状态的能力。从而减少了因校准状态与工作状态不同所造成的误差，确保校准工作的科学性和严谨性。

    （2）装置试验管路更新和标准表法校准装置的添加

    为了提高校准工作效率并减少标准秤的使用次数、延长其使用寿命，我们将装置的试验管路预留了标准表接口，配备了一组标准表（标准表为涡轮流量计，型号口径为Ф15，Ф25，Ф40，Ф50，Ф80，Ф100各一台）。这样装置可实现三种校准方式：*，被校流量计使用精度高时使用称量法；第二，被校流量计使用精度不高时采用标准表法校准；第三，当被校流量计数量较多时，可同时在试验管道上串联安装两台同型号的流量计并一次检出。由此看出，装置试验管路的改造，使其又多了一种标准表校准的方法，给流量计的校准工作所带来的效率也是显而易见的。

    （3）装置内控制设备及电气控制元件的改造

    由于该装置制造年代久且多年使用过频，其控制系统部分电、气控元件老化、损坏，可操作性差。例 如大小泵的转换控制、称量容器底阀的开启、关闭等均为人工操作。所以针对装置在控制系统方面存在的问题，我们做以下改造：

    ①安装3台电控气阀，分别控制大、小泵的转换和大、小系统称量容器底阀的开启和闭合；

    ②将大小系统试验管路上安装两台电动/手动自动球阀及两套气动伸缩夹具，zui大程度地方便了对不同型号流量计的装卸，尤其是特殊尺寸流量计的装卸，提高了这方面的工作效率；

    ③大、小系统试验管路上分别安装两套温度、压力传感器，并由计算机实现对状态参数的自动采集；

    ④配备一台多路转换开关及一台流量积算仪，同时更换与其相匹配的信号发生器两个，完成了对装置控制系统的改造，使其具备了微机自动控制校准的功能。

    （4）装置微机自动控制校准软件系统程序的配置

    该软件以C++为开发工具进行编程，使软件系统具备检定参数设定、校准秤和油泵选择到流量计检定过程、数据处理、校准结果的输出和存储功能。其软件具体程序流程如图2所示。

S：检定参数设定；R：检定结果及数据查询；L：检定曲线；G：工艺流程图；
M：人工数据输入；T：变送器参数设定；P：证书打印

图2 校准软件程序流程图

    3 总结

    改造后的燃油流量标准装置，从校准功能到自动操作程度上都优于改造前，具体体现在以下方面：

    （1）增添标准表法流量校准功能，成倍地提高了校准流量计的工作效率，尤其是在成批量校检流量计时更为显著；

    （2）对参与运算的流体状态参数实施在线自动采集由微机数据处理系统实现多参数补偿，消除了因人工读取状态参数所带来的人为误差；

    （3）装置大系统试验管路经改造后（将原来的80mm口径管路改换为100mm口径的管路）使其zui大流量由原来的90m³/h提高到现在的104m³/h；

    （4）微机自动控制校准系统的配置，使装置基本具备了自动校准流量计的功能。现除装卸流量仪表和使用流量调节阀调流量为人工操作外，其他操作均已实现微机自动化。从而达到装置改造的zui终目的。

    4 结束语

    流量标准装置的研究和应用是流量计量和测试技术发展的重要基础，现今将微机、传感器等高科技技术应用在多种流量标准装置上，实现多功能、多参数补偿为一体的自动化校准已成为现实。我们相信，随着今后科学技术的高速发展，在广大流量计量科研人员的共同努力下，流量计量测试技术将会提高到一个更高的水平。