水流量標定裝置用于液體流量儀表的檢測和標定。水流量標定裝置按計量器具分類，分為靜態(tài)質(zhì)量法、容積法、體積管法和標準表法四種，本文所介紹的水流量標定裝置采用靜態(tài)質(zhì)量法和標準表法相結(jié)合的方式，每條檢定管線上配有0.1級標準表作為質(zhì)量法檢定時的瞬時流量指示。本套水流量標定裝置主要對科里奧利質(zhì)量流量計進行標定，也可對渦街流量計、渦輪流量計、超聲流量計、電磁流量計、液體容積式流量計、冷水水表進行標定。
水流量標定裝置簡介
靜態(tài)質(zhì)量法水流量標定裝置主要由水池、變頻離心泵、穩(wěn)流器、消氣器、截止閥、溫度計、壓力表、標準表、被檢表、夾表器、調(diào)節(jié)閥、換向器、旁通器、稱量容器、電子稱組成。質(zhì)量法水流量標定裝置結(jié)構(gòu)和原理如圖1所示。
圖1 流量計質(zhì)量法檢定流程
圖1中僅為液體流量標定裝置其中一條管線，這條標定裝置基本檢定管線：DN15/10、DN25/20、DN50、DN80、DN150/100、DN200共計6條。流量檢定范圍為0.05~500m3/h。4個標準罐容積分別為：30L、300L、1500L和6m3。
泵是提升液體的設(shè)備，按裝置的流量范圍1~500m3/h及計算的壓力損失確定泵的流量和揚程。為了防止液體回流，在管路上安裝單向閥。
水流量標定裝置控制系統(tǒng)實現(xiàn)
為了滿足液體流量檢定系統(tǒng)的各項要求，檢定系統(tǒng)采用PLC為處理核心，工業(yè)計算機為人機交互接口的控制方式。現(xiàn)場的泵、閥門、流量、液位、溫度、壓力、電子稱等信號通與PLC進行通訊，PLC通過RS232/485轉(zhuǎn)換模塊與工業(yè)級計算機進行通信。
1、控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號處理
專用電源模塊，為PLC系統(tǒng)提供可靠、穩(wěn)定的電源。CPU模塊，用于整個硬件系統(tǒng)的自動化控制和數(shù)據(jù)的初步處理。通訊模塊，使用標準通訊協(xié)議與上位機或工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊，保證數(shù)據(jù)的準確性、時實性。
高速計數(shù)模塊，用于對不同流量儀表的輸出脈沖進行計數(shù)。14位A/D轉(zhuǎn)換模擬量采集模塊，用于自動采集溫度變送器、壓力變送器信號和被檢表輸出的4-20mA等模擬信號。D/A調(diào)節(jié)量輸出模塊，控制各種調(diào)節(jié)量。開關(guān)量輸入/輸出(I/O)模塊，用于輸出各種開關(guān)變量，控制開關(guān)閥及泵的啟停。
2、液體流量檢定系統(tǒng)實現(xiàn)功能
①控制功能
泵的啟停、泵和標準流量計前、換向器后的閥門控制；被檢表后調(diào)節(jié)閥開度；換向器的換向控制。
②數(shù)據(jù)信號采集功能
對裝置的溫度壓力變送器和液位信號測量；采集裝置的標準流量計信號；裝置被檢表流量信號測量，包含4-20mA電流信號、0-10kHz脈沖信號、電壓信號采集；電子稱信號采集；閥位開關(guān)限位信號采集。
③數(shù)據(jù)處理功能
按照國家強制檢定規(guī)程對檢定結(jié)果進行檢定數(shù)據(jù)處理和判定；系統(tǒng)可針對不同的被檢表進行參數(shù)設(shè)置；檢定點數(shù)、檢定次數(shù)與檢定時間設(shè)置靈活，程序默認設(shè)置是按照國家檢定規(guī)程選定的檢定操作，在遇到特殊情況或規(guī)程變更時，也可由用戶自由設(shè)置；系統(tǒng)記錄檢定過程中的數(shù)據(jù)，提供實時趨勢圖顯示功能。
④顯示功能
系統(tǒng)流程圖動態(tài)顯示，各參數(shù)狀態(tài)實時變化；在系統(tǒng)中實現(xiàn)流量計檢定程序及步驟的選擇和設(shè)定、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)顯示、自動打印符合國家檢定規(guī)程和標準的儀表檢定報告和證書。
3、水流量標定裝置檢定流程
首先啟動儀表供電和變頻器供電。裝置開始工作后，操作界面的溫度壓力等信號首先傳入并動態(tài)顯示。選擇相應(yīng)管線，打通管線流程，換向器打到排水方向。此時可以啟動變頻器打到工作頻率，泵開始工作，水流開始在管線內(nèi)流動。通過穩(wěn)壓罐和消氣器的作用，使水流逐漸穩(wěn)定下來。調(diào)節(jié)閥和變頻器同時調(diào)節(jié)水的流速，使之達到檢定點流量。
開始檢定時，換向器打到進罐方向，同時計時器也開始計時，脈沖檢測器也開始計錄脈沖數(shù)。當達到了預(yù)計時間是，換向閥自動打到排水位置，計時器和脈沖計數(shù)同時停止記錄。記錄容器內(nèi)水的質(zhì)量作為質(zhì)量法比對結(jié)果。
流量標定系統(tǒng)上位機操作
1、選罐
檢定前，需要根據(jù)被檢表參數(shù)選擇容量罐。點擊界面左上角“選罐建議”按鈕會彈出選罐對話框。根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)儲存的罐容表，在檢定流量值、檢定時間和罐號三個變量里，任意輸入兩個變量，即可獲得第三個變量的數(shù)據(jù)。例如途中檢定流量選擇50t/h，時間選擇72s，根據(jù)計算系統(tǒng)建議罐號為3號標準罐，同時給出開泵建議如圖。
2、夾表
首先在現(xiàn)場操作夾表器，將流量計安裝在試驗管路上，保證無泄漏。控制系統(tǒng)中點擊管線上“被檢表”按鈕彈出被檢表參數(shù)輸入對話框。依次輸入儀表類型、信號種類、最大流量、最小流量、單位脈沖對應(yīng)流量值完成夾表操作。夾表操作完成后，現(xiàn)場備件表前后閥門自動開啟，整個檢定回路聯(lián)通。
3、檢定參數(shù)設(shè)置
開始檢定前，需要首先設(shè)置檢定流程。點擊界面左上角“檢定參數(shù)設(shè)置”按鈕彈出對話框。本套裝置實用水作為標定介質(zhì)，介質(zhì)密度一欄輸入水的密度998kg/m3隨后按照流量計檢定規(guī)程設(shè)置相應(yīng)的檢定點數(shù)和檢定次數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)上一步設(shè)置的最大最小流量與檢定規(guī)程自動給出相應(yīng)流量檢定點以及檢定時間。對于在特殊流量段有檢定要求的流量計，可以手動設(shè)置檢定點和檢定時間。
4、檢定結(jié)果輸出
檢定結(jié)束后，控制系統(tǒng)自動輸出原始檢定記錄報表。在原始記錄中，測量時間、稱重質(zhì)量、壓力、溫度以及脈沖數(shù)為直接測量值，其余部分均為計算值。示值誤差為重要檢定結(jié)果，直觀反應(yīng)了質(zhì)量流量計計量數(shù)據(jù)與真實數(shù)據(jù)的差量。對于貿(mào)易質(zhì)量流量計，要求示值誤差了正負0.2%以內(nèi)。
水流量標定系統(tǒng)對PLC控制系統(tǒng)一些要求
1、部分流量計輸出信號為脈沖信號，PLC需要配置頻率信號輸入的AI模塊；需要配置精度為0.01%、將4-20mA信號轉(zhuǎn)換為標準脈沖頻率信號設(shè)備。
2、穩(wěn)壓罐壓力、換向器尾桿位置信號、地下水池液位、標準表脈沖信號等接入PLC；提供地下液位顯示、稱重容器液位報警等功能。
3、合理選擇大容器防水管道口徑，確保防水速度快，有利于提高檢定效率。但也要注意管道最大使用重量不能超過電子秤允許的最大量程對管道重量的要求。
4、PLC系統(tǒng)需要包含外部事件計量單元、換向器換出/換入時間檢定、系統(tǒng)晶振(時間)檢定的設(shè)備和軟件，且要符合國家規(guī)定，不然對測量結(jié)果有影響。這是因為常規(guī)PLC的晶振時鐘精度往往不滿足檢定規(guī)程0.5微秒的要求；換向器動作時會產(chǎn)生延遲(換向時間)，換向時間應(yīng)足夠短，國家規(guī)定小于0.2s，換向器正反行程差應(yīng)小于0.02s。檢定流量計時需要將時間計量引入質(zhì)量法檢定、對比法檢定同步控制。
