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，構(gòu)建腰輪流量計自動檢定裝置。 根據(jù)檢定規(guī)程要求，確定檢定點(diǎn)，控制流量，裝置自動讀取計數(shù)器頻率、自動采集溫度、壓力值，自動計算出標(biāo)準(zhǔn)裝置體積管的容積值、流量計累積流量值、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

腰輪流量計是目前油田和管道輸送中使用較廣泛且時間較長的一種流量計量器具。 計量精度可達(dá) ±０.２％（ 甚至 ±０.１％） 符合標(biāo)準(zhǔn)對計量器具的精度要求。 可以實(shí)現(xiàn)各種油品的準(zhǔn)確計量，是買賣雙方普遍接受的一種計量器具。 流量計能否提供準(zhǔn)確的計量數(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)對使用流量儀表傳遞的標(biāo)準(zhǔn)方法。 建立流量計量的標(biāo)準(zhǔn)裝置，以保證量值傳遞和流量測量的準(zhǔn)確度。 如果手動檢定，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，工作量大且容易出錯。 標(biāo)準(zhǔn)表法準(zhǔn)確度低，一般為０.２ 級，只能采用比對的方法進(jìn)行檢定；標(biāo)準(zhǔn)體積管法的準(zhǔn)確度高，一般為 ０.０５ 級。 腰輪流量自動檢定裝置（ 以下簡稱檢定裝置），為滿足上述要求，采用體積管法，根據(jù)計量檢定規(guī)程《 ＪＪＧ ６６７—２０１０ 液體容積式流量計檢定規(guī)程》設(shè)計制造而成，適用于腰輪流量計首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢驗(yàn)。

１ 檢定裝置的硬件設(shè)計原理

１.１ 腰輪流量計檢定原理

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

檢定系統(tǒng)由檢定用流量標(biāo)準(zhǔn)裝置（ 體積管計量段Ｔ）、球型置換器Ｑ、被檢腰輪流量計 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的原理是利用體積管兩檢測開關(guān)間標(biāo)準(zhǔn)容積作為標(biāo)準(zhǔn)，檢定介質(zhì)在泵壓作用下推動球型置換器（ 彈性橡膠球） 在標(biāo)準(zhǔn)管內(nèi)移動，分別觸發(fā)檢測開、關(guān)向頻率計數(shù)器發(fā)出開、關(guān)信號，累積被檢腰輪流量計在此區(qū)間內(nèi)所發(fā)出的脈沖信號，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）打開被檢流量計的流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉被檢流量計的出口閥。 讓介質(zhì)通過流量計流經(jīng)體積管，應(yīng)使流量計在７０％～１００％的***大流量下運(yùn)行。 待運(yùn)行一段時間后再進(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）對準(zhǔn)確度等級優(yōu)于 ０.２ 級的流量計，其檢定點(diǎn)應(yīng)為均勻分布的５ 個點(diǎn)，其中含***大流量和***小流量。 每個流量點(diǎn)至少檢定３ 次。 檢定時，用標(biāo)準(zhǔn)體積管的出口調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量計的流量，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)檢定球觸動個檢測開關(guān)時，自動開始記錄流量計發(fā)出的脈沖；當(dāng)球觸動第二個檢測開關(guān)時，自動停止記錄流量計發(fā)出的脈沖數(shù)，讀取脈沖記錄器上的脈沖示值；當(dāng)檢定球在兩個檢測開關(guān)之間的標(biāo)準(zhǔn)段中運(yùn)行時，應(yīng)測量和記錄標(biāo)準(zhǔn)體積管進(jìn)、出口及流量計

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)下的各次檢定時間內(nèi)流量計累積流量示值，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 Ｌ 等組成。 根據(jù)檢定規(guī)程要求，實(shí)現(xiàn)計算機(jī)（ 組態(tài)軟件）、可編程控制器對檢定過程自動控制。 對相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對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）。