利用體積管、ＰＣ 機(jī)、ＰＬＣ 為主要硬件，組態(tài)王軟件為開發(fā)平臺(tái)，構(gòu)建腰輪流量計(jì)自動(dòng)檢定裝置。 根據(jù)檢定規(guī)程要求，確定檢定點(diǎn)，控制流量，裝置自動(dòng)讀取計(jì)數(shù)器頻率、自動(dòng)采集溫度、壓力值，自動(dòng)計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)裝置體積管的容積值、流量計(jì)累積流量值、示值誤差、重復(fù)性及 K 系數(shù)等。 實(shí)現(xiàn)可視的操作界面、保存檢定數(shù)據(jù)、打印檢定證書、檢定結(jié)果通知書等功能。

0.引言

腰輪流量計(jì)是目前油田和管道輸送中使用較廣泛且時(shí)間較長(zhǎng)的一種流量計(jì)量器具。 計(jì)量精度可達(dá) ±０.２％（ 甚至 ±０.１％） 符合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)計(jì)量器具的精度要求。 可以實(shí)現(xiàn)各種油品的準(zhǔn)確計(jì)量，是買賣雙方普遍接受的一種計(jì)量器具。 流量計(jì)能否提供準(zhǔn)確的計(jì)量數(shù)據(jù)，除了使用者正常維護(hù)和保養(yǎng)外，避免人為造成的計(jì)量檢定誤差，必須進(jìn)行周期檢定。 必須有一套流量單位復(fù)現(xiàn)方法和檢定系統(tǒng)對(duì)使用流量?jī)x表傳遞的標(biāo)準(zhǔn)方法。 建立流量計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)裝置，以保證量值傳遞和流量測(cè)量的準(zhǔn)確度。 如果手動(dòng)檢定，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，工作量大且容易出錯(cuò)。 標(biāo)準(zhǔn)表法準(zhǔn)確度低，一般為０.２ 級(jí)，只能采用比對(duì)的方法進(jìn)行檢定；標(biāo)準(zhǔn)體積管法的準(zhǔn)確度高，一般為 ０.０５ 級(jí)。 腰輪流量自動(dòng)檢定裝置（ 以下簡(jiǎn)稱檢定裝置），為滿足上述要求，采用體積管法，根據(jù)計(jì)量檢定規(guī)程《 ＪＪＧ ６６７—２０１０ 液體容積式流量計(jì)檢定規(guī)程》設(shè)計(jì)制造而成，適用于腰輪流量計(jì)首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢驗(yàn)。

１ 檢定裝置的硬件設(shè)計(jì)原理

１.１ 腰輪流量計(jì)檢定原理

腰輪流量計(jì)（ 以下簡(jiǎn)稱流量計(jì)） 檢定原理如圖１ 所示。 腰輪流量計(jì)是一種容積式流量計(jì)。 流量計(jì)內(nèi)部的兩個(gè)咬合的腰輪和內(nèi)腔壁形成計(jì)量空間，通過液體推動(dòng)腰輪轉(zhuǎn)動(dòng)，將上述空間內(nèi)的液體排出流量計(jì)。 同時(shí)計(jì)數(shù)裝置和脈沖發(fā)訊器，在流量計(jì)表頭指示器上顯示出體積值，并將電脈沖信號(hào)遠(yuǎn)傳。

檢定系統(tǒng)由檢定用流量標(biāo)準(zhǔn)裝置（ 體積管計(jì)量段Ｔ）、球型置換器Ｑ、被檢腰輪流量計(jì) Ｌ、流量出口電磁閥 Ｖ３、壓力變送器（ Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）、溫度變送器（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）、流量調(diào)節(jié)閥 Ｍ１、體積管入出口電磁閥（Ｖ２、Ｖ１）、體積管檢測(cè)開關(guān)（Ｄ１、Ｄ２）、四通換向閥Ｖ５、放氣電磁閥 Ｖ４ 等組成。

用體積管法檢定流量計(jì)的原理是利用體積管兩檢測(cè)開關(guān)間標(biāo)準(zhǔn)容積作為標(biāo)準(zhǔn)，檢定介質(zhì)在泵壓作用下推動(dòng)球型置換器（ 彈性橡膠球） 在標(biāo)準(zhǔn)管內(nèi)移動(dòng)，分別觸發(fā)檢測(cè)開、關(guān)向頻率計(jì)數(shù)器發(fā)出開、關(guān)信號(hào)，累積被檢腰輪流量計(jì)在此區(qū)間內(nèi)所發(fā)出的脈沖信號(hào)，將標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的容積值經(jīng)過溫度、壓力修正后得到標(biāo)準(zhǔn)容積值。 具體操作如下：

１）打開被檢流量計(jì)的流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉被檢流量計(jì)的出口閥。 讓介質(zhì)通過流量計(jì)流經(jīng)體積管，應(yīng)使流量計(jì)在７０％～１００％的***大流量下運(yùn)行。 待運(yùn)行一段時(shí)間后再進(jìn)行檢定，使體積管管壁溫度達(dá)到平衡。

２）檢定前先發(fā)幾次球，對(duì)體積管進(jìn)行排氣，確認(rèn)無氣后關(guān)閉排氣閥， 使檢定球回到發(fā)球狀態(tài)。

３）對(duì)準(zhǔn)確度等級(jí)優(yōu)于 ０.２ 級(jí)的流量計(jì)，其檢定點(diǎn)應(yīng)為均勻分布的５ 個(gè)點(diǎn)，其中含***大流量和***小流量。 每個(gè)流量點(diǎn)至少檢定３ 次。 檢定時(shí)，用標(biāo)準(zhǔn)體積管的出口調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量計(jì)的流量，使標(biāo)準(zhǔn)體積管的出口壓力始終保持高于檢定介質(zhì)在工作溫度下的飽和蒸汽壓。

４）由電控系統(tǒng)操作標(biāo)準(zhǔn)體積管發(fā)球，當(dāng)檢定球觸動(dòng)個(gè)檢測(cè)開關(guān)時(shí)，自動(dòng)開始記錄流量計(jì)發(fā)出的脈沖；當(dāng)球觸動(dòng)第二個(gè)檢測(cè)開關(guān)時(shí)，自動(dòng)停止記錄流量計(jì)發(fā)出的脈沖數(shù)，讀取脈沖記錄器上的脈沖示值；當(dāng)檢定球在兩個(gè)檢測(cè)開關(guān)之間的標(biāo)準(zhǔn)段中運(yùn)行時(shí)，應(yīng)測(cè)量和記錄標(biāo)準(zhǔn)體積管進(jìn)、出口及流量計(jì)

式中：Vs  為體積管標(biāo)準(zhǔn)體積值，ｍ３ ；ps  為標(biāo)準(zhǔn)體積

管處液體的表壓力平均值，Ｐａ；D 為標(biāo)準(zhǔn)體積管內(nèi)經(jīng)，ｍｍ；e 為標(biāo)準(zhǔn)體積管壁厚，ｍｍ；Es 為標(biāo)準(zhǔn)體積

管材料的彈性模量，Ｐａ；βs 為標(biāo)準(zhǔn)體積管的體積膨脹系數(shù)，℃ －１ ； ts 為標(biāo)準(zhǔn)體積管處介質(zhì)溫度的平均值，℃。

１.２.２ 將標(biāo)準(zhǔn)體積管處實(shí)際體積 V 的值換算到流

式中：（ δm ） ｍａｘ 為各檢定點(diǎn)各次檢定示值誤差的***大值。

１.２.４ 流量計(jì)的重復(fù)性各檢定點(diǎn)的重復(fù)性

式中：Qs 為在某流量點(diǎn)下的各次標(biāo)準(zhǔn)體積管處實(shí)際體積 V 的值換算到流量計(jì)檢定條件下的累積流量實(shí)際值，ｍ３ ；QM 為在某流量點(diǎn)下的各次檢定時(shí)間內(nèi)流量計(jì)累積流量示值，ｍ３ 。

１.３ 檢定裝置硬件電路

檢定裝置數(shù)據(jù)采集、控制框圖如圖２ 所示。

檢定裝置硬件電路由被檢流量計(jì)處溫度、壓力變送器Ｔ１、Ｐ１，體積管入口、出口溫度壓力變送器

Ｔ２、Ｔ３、Ｐ２、Ｐ３，檢測(cè)開關(guān) Ｄ１、Ｄ２，四通換向閥 Ｖ５，流

量調(diào)節(jié)閥Ｍ１，電磁閥 Ｖ１ ～Ｖ４，被檢流量計(jì) Ｌ 等組成。 根據(jù)檢定規(guī)程要求，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)（ 組態(tài)軟件）、可編程控制器對(duì)檢定過程自動(dòng)控制。 對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)檢定記錄表和證書進(jìn)行打印。

１.３.１ 可編程控制器電路與程序

可編程控制器選用歐母龍 ＣＰ１Ｈ －ＸＡ４０ＤＲ －Ａ［２］ 。 電源電壓：２２０ＶＡＣ；輸入點(diǎn)數(shù)：２４ 點(diǎn)；輸出點(diǎn)

數(shù)：１６ 點(diǎn)；輸出形式：繼電器。 內(nèi)置模擬輸入 ４ 點(diǎn)（占用 ＣＨ 數(shù) ４ＣＨ）。 輸入信號(hào)量程：１ －５ＶＤＣ；率：１／１６０００ 或 １／１２０００。 內(nèi)置模擬輸出２ 點(diǎn)（ 占用

ＣＨ 數(shù) ２ＣＨ）。 ＣＰＭ１Ａ －ＡＤ０４１ 外擴(kuò)展 Ａ／Ｄ 轉(zhuǎn)換器（占用 ＣＨ 數(shù) ４ＣＨ）。

可編程控制器程序框圖如圖３ 所示，程序（略）。