制絲流量計在線校準裝置研究與應用

朱 敏 劉加樹

（1、山東中煙工業有限責任公司青島卷煙廠，山東 青島266000 2、華東交通大學理工學院，江西 南昌330000 3、安徽中煙工業有限責任公司蚌埠卷煙廠，安徽 蚌埠233000）

1 概述

質量流量計需要定期進行校準，按照中國煙草總公司《卷煙加工設備工藝性能點檢技術指南》和廠級管理標準、技術標準相關規定，要求質量流量計每年定期溯源，重點工序（加香、加料工序）質量流量計每月進行計量驗證。企業現有流量計的定期溯源采用委外校準方式進行，每次校準或檢定一般需要給質量流量計拆下送到專業計量單位校準或檢定。也有采用現場在線校準方式，現場在線校準采用容積法、比對法和稱重法三種方法。容積法需要拆下被檢測質量流量計裝到標準試驗管路裝置中，利用試管容積體積和流量計累計量進行比對。采用比對法時標準精密流量計和在線流量計口徑量程的不同都會影響到比對的精度?，F場校準一般使用電子天平和計時器，需要借用在線流量計輔連的管道和關聯的控制系統，校準時需要采用現場人工計時，電子天平稱重的方式，在測量過程中會產生一些較大的測量誤差，同時對水流量的流量范圍很難進行調節，無法對流量計線性進行全量程校準。

下表是三種方法校準精度和優缺點對比表。

序號 方法 具體內容 校準精度 優缺點 1 容積法 2 比對法 3 稱重法 將被檢流量計安裝到試驗管路中,利用試管容積體積和流量計累計量進行比對。 0.50% 需要拆卸流量計,送檢或校準部分來現場校準,精度低。 將被檢流量計安裝到有高精度標準表管路中,利用標準流量計累計量和被檢流量計累計量進行比對。 0.10% 需要拆卸流量計,不同口徑,不同流量計需要不同的高精度標準表,精度一般。 將被檢流量計到稱重容器中,對稱重容器水的重量稱重,利用流量計累計量和水質量進行比對。 0.1%-0.01% 不需要拆卸流量計,需要高精度電子天平進行稱重。精度高。

2 流量計在線校準裝置設計

2.1 系統設計

設計原則是不拆卸在線質量流量計就能在線校準。校驗裝置具有流量控制系統，流量可調范圍（0～200）kg/h，穩態時瞬時流量波動不大于±5%。校驗裝置自身帶有電控系統。校準精度滿足0.5%煙草加工工藝精度要求。

2.2 電控系統設計

圖1 流量計在線校準裝置電控系統圖

PLC 選用西門子S7-300,CPU 型號選用CPU315-2PN/DP,電源選用PS307，數字量DI 選用321 系列,數字量DO 選用322 系列，模擬量AI 選用331 系列，模擬量AO 選用332 系列，高速計算模塊選用FM350 系列，外加變頻器和操作屏等組成。

2.3 機械系統設計

機械類由計量泵、水箱、電磁三通閥、手動閥、節流閥、不銹鋼球閥、不銹鋼快裝接頭組成。水箱要求儲水量大于25L，設注水口、水泵接口、校驗回流口、自循環回流口及排污口。與水泵連接管路、回流管均采用采用DN15 卡箍式快裝接頭，排污口設計DN25 手動排污閥。本裝置結構上主要由柜體、臺面、水箱、循環系統部件及管路、在線流量計連接軟管等組成。

測量設備主要有壓力表、標準流量計、稱重儀器。稱重儀器選用電子天平，電子天平量程為50kg，檢定分度值為2g。

3 工作原理

3.1 自循環系統

打開移動式流量控制裝置電源，系統啟動后，點擊操作屏裝置電控系統啟動按鈕，標準精密質量流量計進口三通閥切換到計量泵和水箱相通狀態，電控系統按照監控操作屏設定頻率送給變頻器，由變頻器控制計量泵運行速度，計量泵從水箱抽出的循環水流經電磁三通閥，再經自循環回流管路直接回流到水箱。節流閥作用為調節計量泵的出口水流速，防止小流量情況下變頻器的低頻率運行。壓力表能監測管路壓力。

圖2 流量計在線校準裝置系統控制圖

3.2 稱重法校準

需要把在線流量計累積量信號接入電控PLC 高速計數模塊中，在線流量計累積量是通過電控PLC 進行計算。校準流量點選擇及要求。校準流量點為接近實際工作條件下的流量點，校準次數不少于3 次。如果條件允許可分別在流量點上、下各增加一個校準流量點，每個流量點校準次數不少于3 次。

用實際測量物料或水倒入移動式流量控制裝置水箱，接料容器放在電子天平上。關閉現場設備系統中在線流量計工作管路前后手閥，使用2 根軟管把移動式流量控制裝置流出、流入快接頭和在線質量流量計管道校準管道上的流入、流出快接頭進行對接，打開在線流量計和移動式流量控制裝置的連通手閥。啟動移動式流量控制裝置自循環系統，觀察其自身系統是否工作正常，管道、接頭是否有泄露，觀察液體流入接料容器電子天平稱重是否正常。啟動移動式流量控制裝置泵，給校準前流量計管道中充滿水，使得水流入稱重系統的接料容器，停止移動式流量控制裝置泵。流量計零點的校驗，使流過流量計的流量為零，觀察讀取流量計的是否為0 示值。啟動泵，調整泵的速度，使得流量達到所設定的標準點流量值附近。稱重水箱下的電子天平進行實時動態稱重，電子天平通過網絡數據傳輸把水實時重量傳輸到電控PLC。標準精密質量流量計水流量值通過網絡傳輸到電控PLC，電控系統通過PID 閉環控制變頻器的頻率，變頻器控制計量泵的轉速來控制水流量值達到設定的流量值。

當水流達到設定的流量值穩態后，啟動監控操作屏稱重校準按鈕，PLC 自動記錄開始計算電子天平和在線流量計流過水累計量，當累積量達到要求時，PLC 自動記錄在線流量計累積量的測量值和電子天平累積量。標準點流量值不變，當下一次累積量達到要求時，記錄在線流量計累積量的測量值和電子天平累積量的標準值，重復次數不少于3 次。通過計算現累計量和初始值累計量的差值計算此流量點的精度。調整泵的速度，使得流量達到所設定的下一個標準點流量值且流量穩定，重復上述工作。通過比對電子天平水的稱重量平均值和在線流量計水的累積量平均值之間的誤差來判斷在線流量計精度是否在誤差范圍內。

3.3 比對法校準

比對法校準和稱重法校準原理不同，比對法要求高，不同的測量范圍需要不同的標準精密質量流量計，一般只用于計量單位鑒定質量流量計使用。采用現場比對法校準，需要每次更換流量計在線校準裝置中標準質量流量計，標準流量計和現場匹配度的流量計測量范圍應匹配。比對校準前，把在線流量計累積量脈沖信號接入電控PLC 高速計數模塊，通過電控PLC 計算高速計數模塊脈沖信號，計算在線流量計的累積量。

先把現場設備系統中在線流量計工作管路前后手閥關閉，使得在線流量計管路和設備系統中管路截止，在使用兩根軟管把在線流量計校準裝置的進、出管路和設備中的在線質量流量計接通。在監控操作屏上設定流過標準質量流量計的水流量值，當按下比對啟動按鈕，齒輪泵與標準質量流量計相通，在線流量計與水箱相通。齒輪泵從水箱抽出的水流經電磁三通閥、標準質量流量計、手動閥、在線流量計、手動閥、電磁三通閥流回到水箱。標準質量流量計的水流量值通過網絡反饋到電控系統，電控系統通過PID 閉環控制變頻器的頻率，當水流達到設定的流量值穩態后，啟動監控操作屏稱重校準按鈕，PLC 自動記錄開始計算標準質量流量計和在線流量計流過水累計量，當累積量達到要求時，PLC 自動記錄在線流量計累積量的測量值和標準質量流量計累積量，標準點流量值不變，當下一次累積量達到要求時，記錄在線流量計累積量的測量值和標準質量流量計累積量的標準值，重復次數不少于3 次。通過計算現累計量和初始值累計量的差值計算此流量點的精度。調整齒輪泵的速度，使得流量達到所設定的下一個標準點流量值且流量穩定，重復上述工作。通過比對標準質量流量計的累積量平均值和在線流量計水的累積量平均值之間誤差值來判別在線流量計精度是否在誤差范圍內。

4 精度計算

流量計示值誤差計算

式中：Eij——第i 校準點示值相對誤差；n——校準次數。

流量計重復性計算

5 結論

在線流量計校準裝置，該裝置精度高、流量范圍寬、靈活性強，由于在線校準裝置中有標準精密質量流量計，使得該裝置又具有在線比對校準功能，這樣在線流量計校準具有比對校準和稱重校準雙重功能，能快捷、方便對在線電磁流量計和質量流量計進行校準。