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一种新的活塞位移型液体流量校准装置

航空304     张宝珠  (北京1066信箱  100095

 


23硬件设计

系统测控部分硬件结构分为三个模块:数据采集模块、I/O通讯模块、技术和逻辑控制模块。这三个模块均采用微机PC总线形式。具体结构如下:

 

24软件设计

系统软件主要包括参数设置、状态测量、温度控制、校准控制、数据处理及文档管理部分,具体如下:

25温度系统设计                                                                   

    按照装置总不确定度和温度范围的要求,估算确定对温度控制和温度测量准确度的要求以及整个系统各部分温度梯度的要求。

3  研制达到的水平                                                                    

   装置研制成功后,经过一年左右的运转、测试、实验和修改,并经以中国计量科学研究院为首的测试组的测试,在总不确定度和流量稳定性两项主要技术指标上达到了原设计指标,即九十年代美国的世界领先水平的指标;在温度范围方面(最高150)超过了美国的水平(最高66);并通过了总公司级鉴定,评价为:国内领先,国际先进。                                   

4  装置的创新与特点                                                                  

41  由前述原理部分可知,装置标准流量的获得关键取决于动态位移了l的测量。位移测量通常的方法是用光栅,我们没有采用光栅,而采用了有一定风险的英国专利技术球栅尺。它与光栅相比,具有抗振动干扰性强,抗污染性强,长期可靠性好,便于维护等优点。我们克服了硬件和软件方面的双重困难,使球栅尺这项新技术在我国流量校难装置上首次应用成功。      

42  该装置在校准具有脉冲输出的流量计方面(如最常用的涡轮流量计),首次成功地应用了ISO72783脉冲插入技术(通常称为双时间测量法)。该方法采用了两个计时器,可以测出流量计脉冲的小数值,从而大大提高了校准分辨率和校准的准确度。采用国际标准的成功,一方面便于和国际接轨,另一方面也便于与国际上进行标准比对。                                       

43  该装置可在室温一150℃的大温度范围内的任一温度下,对流量计进行校准,这一点在流量校准领域具有极大的理论和实践意义,具体诠释如下:                                     

我们知道,流量测量的液体介质(如油类、化工类)有上千种之多,常用的也不下一百种,所以不可能每种液体介质都建一套流量校准装置,只能建立部分必需的液体流量校准装置,而且由于装置复杂,清洗困难,液体介质问互不相容,经济代价太大等原因,国内外皆不主张也没采用更换介质的办法对使用于不同介质的流量计进行校准,因此对多数液体介质所使用的流量计,只能用与其使用介质不同的介质进行校准,这样就产生了流量计在校准介质与使用介质不同时其仪表系数K的修正问题。对同一支涡轮流量计来说,介质不同影响其仪表系数K的主要因素是介质的粘度(v)和密度(ρ),而更主要的是粘度。校准介质与使用介质不同对涡轮流量计的仪表系数K的修正问题,是一个复杂的实验和理论问题,是目前国内外流量测量领域的不少专家学者正在致力研究的问题,问题的圆满解决还相差很远。                                         

我们研制的装置以它具有大范围变温校准的特点,为上述修正问题的解决提供了一个非常重要的实验条件。                                                                       

该装置的重要用途举例如下:                                                           

(1)用该装置和《变温模拟校准法》研究粘度(v)对涡轮流量计仪表系数K的影响。              

如上述,vρK造成主要影响,应使ρ相对固定,即要求校淮介质和使用介质伪ρ比较接近。我们装置用的介质4050号滑油,密度近于1(与水接近)  粘度很大(20℃时为58cst),这样就可以选一支性能稳定的涡轮流量计,先用水在室温下校出K(.水v1cst)  然后在我们的装置上,用通过改变温度从而改变4050号滑油粘度(v)的方法在不同的粘度下校出K值,即可得出vK的具体影响。                                                                 

(2)用该装置和《变温模拟校准法》研究密度(ρ)对涡轮流量计仪表系数K的影响。              

研究ρK的影响,要相对固定v值。选一支性能稳定的涡轮流量计,用中国计量科学研究院的变压器油流量校难装置在室温(自然温度,不能变温)下校出K值,如在室温26℃下(这时变压器油的v21cstρ086)校出K值,然后在我们的滑油装置上;在滑油粘度为21cst下进行校准(这时滑油的温度应升到45℃,因滑油的粘度——温度曲线已知,滑油ρ≈0.97),得出K值。这样既可对得到粘度相同、密度不同对流量计仪表系数K的影响。

3)该装置的进一步应用,还可用来研究并更令人满意地解决粘度对涡轮流量计性能的影响,即琼斯(Jones)近年来提出的《通用粘度曲线法》,该方法优于传统的K系数试验和理论分析方法。

44该装置准确度高,结构紧凑,体积小(占地面积小,相当于传统装置的1/5),技术含量高,而且是封闭运行,安全可靠。

5 装置的推广应用价值

由于下述两方面的分析,该装置在我国极具推广价值:

1)该装置的全部关键技术,包括活塞油缸系统的加工研制、电机稳速系统、动态位移测量系统、ISO7278/3的实施技术、温度控制系统等,全部由国内我们自行突破,不会在关键技术上依赖或受控于国外。

2)该装置的原理原则上适用于所有液体流量校准装置,特别适用于各种油和高粘度液体的流量校准装置;装置主体系统加工安装好后,装什么介质,就是什么介质的流量校准装置,不会因为介质的不同而影响装置的总不确定度。

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参考文献

1《滑油涡轮流量计校准装置》技术研究报告。张宝珠,1997

2 Determination of Turbine Meter Usable Turndown, Paul D. Olivier, Flow Dynamics, Ins (P739~745,1995)

3 Effect of Kinematic Viscosity on Performance of Turbine Flowmeters—Solution to the Problem, Frank E. Jones, Independent Consultant (P379~389,1995)


 
 


 
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