制丝流量计在线校准装置研究与应用

朱 敏 刘加树

（1、山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂，山东 青岛266000 2、华东交通大学理工学院，江西 南昌330000 3、安徽中烟工业有限责任公司蚌埠卷烟厂，安徽 蚌埠233000）

1 概述

质量流量计需要定期进行校准，按照中国烟草总公司《卷烟加工设备工艺性能点检技术指南》和厂级管理标准、技术标准相关规定，要求质量流量计每年定期溯源，重点工序（加香、加料工序）质量流量计每月进行计量验证。企业现有流量计的定期溯源采用委外校准方式进行，每次校准或检定一般需要给质量流量计拆下送到专业计量单位校准或检定。也有采用现场在线校准方式，现场在线校准采用容积法、比对法和称重法三种方法。容积法需要拆下被检测质量流量计装到标准试验管路装置中，利用试管容积体积和流量计累计量进行比对。采用比对法时标准精密流量计和在线流量计口径量程的不同都会影响到比对的精度。现场校准一般使用电子天平和计时器，需要借用在线流量计辅连的管道和关联的控制系统，校准时需要采用现场人工计时，电子天平称重的方式，在测量过程中会产生一些较大的测量误差，同时对水流量的流量范围很难进行调节，无法对流量计线性进行全量程校准。

下表是三种方法校准精度和优缺点对比表。

序号 方法 具体内容 校准精度 优缺点 1 容积法 2 比对法 3 称重法 将被检流量计安装到试验管路中,利用试管容积体积和流量计累计量进行比对。 0.50% 需要拆卸流量计,送检或校准部分来现场校准,精度低。 将被检流量计安装到有高精度标准表管路中,利用标准流量计累计量和被检流量计累计量进行比对。 0.10% 需要拆卸流量计,不同口径,不同流量计需要不同的高精度标准表,精度一般。 将被检流量计到称重容器中,对称重容器水的重量称重,利用流量计累计量和水质量进行比对。 0.1%-0.01% 不需要拆卸流量计,需要高精度电子天平进行称重。精度高。

2 流量计在线校准装置设计

2.1 系统设计

设计原则是不拆卸在线质量流量计就能在线校准。校验装置具有流量控制系统，流量可调范围（0～200）kg/h，稳态时瞬时流量波动不大于±5%。校验装置自身带有电控系统。校准精度满足0.5%烟草加工工艺精度要求。

2.2 电控系统设计

图1 流量计在线校准装置电控系统图

PLC 选用西门子S7-300,CPU 型号选用CPU315-2PN/DP,电源选用PS307，数字量DI 选用321 系列,数字量DO 选用322 系列，模拟量AI 选用331 系列，模拟量AO 选用332 系列，高速计算模块选用FM350 系列，外加变频器和操作屏等组成。

2.3 机械系统设计

机械类由计量泵、水箱、电磁三通阀、手动阀、节流阀、不锈钢球阀、不锈钢快装接头组成。水箱要求储水量大于25L，设注水口、水泵接口、校验回流口、自循环回流口及排污口。与水泵连接管路、回流管均采用采用DN15 卡箍式快装接头，排污口设计DN25 手动排污阀。本装置结构上主要由柜体、台面、水箱、循环系统部件及管路、在线流量计连接软管等组成。

测量设备主要有压力表、标准流量计、称重仪器。称重仪器选用电子天平，电子天平量程为50kg，检定分度值为2g。

3 工作原理

3.1 自循环系统

打开移动式流量控制装置电源，系统启动后，点击操作屏装置电控系统启动按钮，标准精密质量流量计进口三通阀切换到计量泵和水箱相通状态，电控系统按照监控操作屏设定频率送给变频器，由变频器控制计量泵运行速度，计量泵从水箱抽出的循环水流经电磁三通阀，再经自循环回流管路直接回流到水箱。节流阀作用为调节计量泵的出口水流速，防止小流量情况下变频器的低频率运行。压力表能监测管路压力。

图2 流量计在线校准装置系统控制图

3.2 称重法校准

需要把在线流量计累积量信号接入电控PLC 高速计数模块中，在线流量计累积量是通过电控PLC 进行计算。校准流量点选择及要求。校准流量点为接近实际工作条件下的流量点，校准次数不少于3 次。如果条件允许可分别在流量点上、下各增加一个校准流量点，每个流量点校准次数不少于3 次。

用实际测量物料或水倒入移动式流量控制装置水箱，接料容器放在电子天平上。关闭现场设备系统中在线流量计工作管路前后手阀，使用2 根软管把移动式流量控制装置流出、流入快接头和在线质量流量计管道校准管道上的流入、流出快接头进行对接，打开在线流量计和移动式流量控制装置的连通手阀。启动移动式流量控制装置自循环系统，观察其自身系统是否工作正常，管道、接头是否有泄露，观察液体流入接料容器电子天平称重是否正常。启动移动式流量控制装置泵，给校准前流量计管道中充满水，使得水流入称重系统的接料容器，停止移动式流量控制装置泵。流量计零点的校验，使流过流量计的流量为零，观察读取流量计的是否为0 示值。启动泵，调整泵的速度，使得流量达到所设定的标准点流量值附近。称重水箱下的电子天平进行实时动态称重，电子天平通过网络数据传输把水实时重量传输到电控PLC。标准精密质量流量计水流量值通过网络传输到电控PLC，电控系统通过PID 闭环控制变频器的频率，变频器控制计量泵的转速来控制水流量值达到设定的流量值。

当水流达到设定的流量值稳态后，启动监控操作屏称重校准按钮，PLC 自动记录开始计算电子天平和在线流量计流过水累计量，当累积量达到要求时，PLC 自动记录在线流量计累积量的测量值和电子天平累积量。标准点流量值不变，当下一次累积量达到要求时，记录在线流量计累积量的测量值和电子天平累积量的标准值，重复次数不少于3 次。通过计算现累计量和初始值累计量的差值计算此流量点的精度。调整泵的速度，使得流量达到所设定的下一个标准点流量值且流量稳定，重复上述工作。通过比对电子天平水的称重量平均值和在线流量计水的累积量平均值之间的误差来判断在线流量计精度是否在误差范围内。

3.3 比对法校准

比对法校准和称重法校准原理不同，比对法要求高，不同的测量范围需要不同的标准精密质量流量计，一般只用于计量单位鉴定质量流量计使用。采用现场比对法校准，需要每次更换流量计在线校准装置中标准质量流量计，标准流量计和现场匹配度的流量计测量范围应匹配。比对校准前，把在线流量计累积量脉冲信号接入电控PLC 高速计数模块，通过电控PLC 计算高速计数模块脉冲信号，计算在线流量计的累积量。

先把现场设备系统中在线流量计工作管路前后手阀关闭，使得在线流量计管路和设备系统中管路截止，在使用两根软管把在线流量计校准装置的进、出管路和设备中的在线质量流量计接通。在监控操作屏上设定流过标准质量流量计的水流量值，当按下比对启动按钮，齿轮泵与标准质量流量计相通，在线流量计与水箱相通。齿轮泵从水箱抽出的水流经电磁三通阀、标准质量流量计、手动阀、在线流量计、手动阀、电磁三通阀流回到水箱。标准质量流量计的水流量值通过网络反馈到电控系统，电控系统通过PID 闭环控制变频器的频率，当水流达到设定的流量值稳态后，启动监控操作屏称重校准按钮，PLC 自动记录开始计算标准质量流量计和在线流量计流过水累计量，当累积量达到要求时，PLC 自动记录在线流量计累积量的测量值和标准质量流量计累积量，标准点流量值不变，当下一次累积量达到要求时，记录在线流量计累积量的测量值和标准质量流量计累积量的标准值，重复次数不少于3 次。通过计算现累计量和初始值累计量的差值计算此流量点的精度。调整齿轮泵的速度，使得流量达到所设定的下一个标准点流量值且流量稳定，重复上述工作。通过比对标准质量流量计的累积量平均值和在线流量计水的累积量平均值之间误差值来判别在线流量计精度是否在误差范围内。

4 精度计算

流量计示值误差计算

式中：Eij——第i 校准点示值相对误差；n——校准次数。

流量计重复性计算

5 结论

在线流量计校准装置，该装置精度高、流量范围宽、灵活性强，由于在线校准装置中有标准精密质量流量计，使得该装置又具有在线比对校准功能，这样在线流量计校准具有比对校准和称重校准双重功能，能快捷、方便对在线电磁流量计和质量流量计进行校准。