CN109855705A - 一种实时动态补偿温度变化的油流量计检定装置以及检定方法 - Google Patents
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Abstract
一种实时动态补偿温度变化的油流量计检定装置以及检定方法，涉及计量设备检定领域，该装置包括控制系统、变频器和电机等，其中，蠕动泵的进料口经取样管连接储油池，出料口连接密度仪，密度仪出料口经管路返回储油池，所述变频器的驱动信号输出端驱动电机，电机驱动连接螺杆泵，所述螺杆泵的抽料口连接储油池，螺杆泵出料端依次连接稳压罐和主管道，主管道上依次设有被检流量计、铂热电阻、体积流量测量仪表、调节阀和换向器，换向器的出口处连接储油池。使用该装置和方法能够满足计量检定机构对油流量进行准确计量的需求，该装置和方法可降低建造成本、实现体积流量和质量流量的双模式高准确度测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种实时动态补偿温度变化的油流量标准装置及其方法，使用该装置和方法能够满足计量检定机构对油流量进行准确计量的需求。
背景技术
油流量标准装置是一种特殊的液体流量标准装置。与水流量标准装置相比，油流量标准装置采用油介质对油流量计进行实流标定，可避免介质不同引起的计量不准确及油流量计内部锈蚀等问题。油介质由于介质本身物理性质的特殊性，其密度随温度变化较大，且长期稳定性较差。油流量标准装置通常采用静态质量法，以衡器为流量工作标准，如果未根据油温度对油密度进行合理修正，则流量标准装置的体积流量测量的准确性将大大降低。另一方面，油温度变化引起的密度变化将影响瞬时质量流量和瞬时体积流量之间的比例关系，这意味着，若流量标准装置以稳定的瞬时质量流量为控制目标时，则瞬时体积流量将随介质密度变化而变化，反之亦然。瞬时流量的变化将严重影响流量标准装置的流量稳定性。
目前，国内外油流量标准装置主要采用两种方法保证流量测量的准确性和流量稳定性。
第一种方法是采用热交换系统对整个实验室空间进行均匀恒温控制。这种方法可以使实验室环境温度及油温度始终保持不变，从根源上消除了油温度变化引起密度变化，进而导致流量测量准确性和流量稳定性变差的可能性。这种方法的优点是流量标准装置的计量性能优越可靠；缺点是需要对整个流量标准装置实验室的庞大空间进行温场控制，保证均匀恒温，代价高昂。
第二种方法是以科里奥利质量流量计为流量指示和反馈仪表，配合作为流量工作标准的衡器进行测量。这种方法的流量反馈仪表和流量工作标准测量的参数均属质量类型，以瞬时质量流量为控制目标，以累积质量流量为测量对象，不引入质量体积换算，保证了质量流量的稳定性和质量流量测量的准确性。这种方法的优点是造价相对较低，且在单一的质量流量模式下计量性能优越；缺点是无法准确获得油实时在线密度，在体积流量模式下，油温度变化引起密度变化，质量体积换算关系随之变化，换算关系无法准确获得，体积流量的稳定性和体积流量测量的准确性便无法保证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实时动态补偿温度变化的油流量标准装置及其方法，该装置和方法可降低建造成本、实现体积流量和质量流量的双模式高准确度测量。
本发明的技术方案是：
本发明提供一种实时动态补偿温度变化的油流量计检定装置，该装置包括控制系统、变频器、电机、螺杆泵、稳压罐、主管道、铂热电阻、体积流量测量仪表、调节阀、换向器、蠕动泵、取样管、密度仪和储油池，所述蠕动泵的进料口经取样管连接储油池，出料口连接密度仪的进料口，密度仪的出料口经管路返回储油池，所述变频器的驱动信号输出端驱动电机，电机驱动连接螺杆泵，所述螺杆泵的抽料口连接储油池，螺杆泵的出料端依次连接稳压罐和主管道，主管道上依次设有被检流量计、铂热电阻、体积流量测量仪表、调节阀和换向器，换向器的出口处连接储油池，所述的控制系统的各检测信号端分别连接被检流量计、铂热电阻及体积流量测量仪表进行信号采集；控制系统的控制信号输出端分别连接变频器、调节阀及换向器。
进一步地，换向器的出口处设置称重容器，称重容器的底部设有衡器，称重容器的出料口通过管路连接截止阀，截止阀的出料口连接储油池，所述的控制系统的重量检测信号端连接衡器进行信号采集；控制系统的控制信号输出端连接截止阀的控制信号输入端。
一种实时动态补偿温度变化的油流量计检定方法，应用实时动态补偿温度变化的油流量计检定装置，该方法包括以下步骤：
S1、利用密度仪对不同温度下油密度进行离线测量，建立工作温度范围内的温度-密度对照表；
S2、对油温度进行实时在线测量，根据实时温度测量值查找温度-密度对照表，得到对应的油密度；
S2-1、当被检流量计是体积流量测量仪表时，控制系统切换至体积流量模式：
A、以体积流量设定值Qv为给定量，由人工输入控制系统，控制系统采集体积流量测量仪表输出的体积流量作为反馈值Qv′；
B、控制系统比较体积流量设定值Qv和反馈值Qv′，将偏差量输入PID控制器进行补偿；
C、控制系统采集衡器测得的质量流量值，根据实时在线密度计算体积流量；
S2-2、当被检流量计是质量流量测量仪表时，控制系统切换至质量流量模式；
A、以质量流量设定值Qm为给定量，由人工输入控制系统，采用铂热电阻获取实时油温t，查找步骤S1建立的温度-密度对照表，获取实时在线密度ρ，采用下述公式计算体积流量Qv
Qv＝Qm/ρ；
控制系统采集体积流量测量仪表输出的体积流量作为反馈值Qv′；
B、控制系统比较以质量流量设定值Qm获取的体积流量设定值Qv和反馈量Qv′，将偏差量输入PID控制器进行补偿；
C、控制系统采集衡器测得的质量流量值，根据实时在线密度计算体积流量，保证体积流量测量的准确性。
进一步地，步骤S1具体为：
S1-1、控制系统控制蠕动泵启动，储油池中的油在蠕动泵的作用下，经取样管、蠕动泵及密度仪返回储油池，维持蠕动泵运行一段时间，确保密度仪检测腔内空气排尽并充满油样品，控制系统控制蠕动泵停止；
S1-2、控制系统控制密度仪按给定温度步长测量检测腔内油样品不同温度下的密度，控制系统采集密度仪测得的密度值，建立并存储工作温度范围内温度-密度一一对应的数据表格。
进一步地，温度步长的选取由密度测量准确度要求决定。
进一步地，步骤S1中，利用密度仪对油密度进行长期稳定的监控，适时更新温度-密度对照表。
本发明的有益效果：
本发明对装置所在实验室空间无恒温控制要求，以价格低廉的体积流量测量仪表作为流量指示和反馈仪表，进一步降低建造成本。
本发明以衡器为流量工作标准，以体积流量测量仪表为流量指示和反馈仪表，配合密度仪和铂热电阻，利用控制系统进行信号采集、数据处理及控制，实时动态补偿温度变化，实现体积流量和质量流量的双模式高准确度测量。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1是本发明的结构示意图。
图2是体积流量模式控制系统原理框图。
图3是质量流量模式控制系统原理框图。
图中：1、控制系统；2、变频器；3、电机；4、螺杆泵；5、稳压罐；6、主管道；7、被检流量计；8、铂热电阻；9、体积流量测量仪表；10、调节阀；11、换向器；12、称重容器；13、衡器；14、截止阀；15、蠕动泵；16、取样管；17、密度仪；18、储油池。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
本发明提供一种实时动态补偿温度变化的油流量计检定装置，该装置包括控制系统1、变频器2、电机3、螺杆泵4、稳压罐5、主管道6、铂热电阻8、体积流量测量仪表9、调节阀10、换向器11、蠕动泵15、取样管16、密度仪17和储油池18，所述蠕动泵15的进料口经取样管16连接储油池18，出料口连接密度仪17的进料口，密度仪17的出料口经管路返回储油池18，所述变频器2的驱动信号输出端驱动电机3，电机3驱动连接螺杆泵4，所述螺杆泵4的抽料口连接储油池18，螺杆泵4的出料端依次连接稳压罐5和主管道6，主管道6上依次设有被检流量计7、铂热电阻8、体积流量测量仪表9、调节阀10和换向器11，换向器11的出口处连接储油池18，所述的控制系统1的各检测信号端分别连接被检流量计7、铂热电阻8及体积流量测量仪表9进行信号采集；控制系统1的控制信号输出端分别连接变频器2、调节阀10及换向器11；换向器11的出口处设置称重容器12，称重容器12的底部设有衡器13，称重容器12的出料口通过管路连接截止阀14，截止阀14的出料口连接储油池18，所述的控制系统1的重量检测信号端连接衡器13进行信号采集；控制系统1的控制信号输出端连接截止阀14的控制信号输入端。
一种实时动态补偿温度变化的油流量计检定方法，应用实时动态补偿温度变化的油流量计检定装置，该方法包括以下步骤：
S1、利用密度仪对不同温度下油密度进行离线测量，建立工作温度范围内的温度-密度对照表；
S2、对油温度进行实时在线测量，根据实时温度测量值查找温度-密度对照表，得到对应的油密度；
S2-1、当被检流量计是体积流量测量仪表时，控制系统切换至体积流量模式：
A、以体积流量设定值Qv为给定量，由人工输入控制系统1，控制系统1采集体积流量测量仪表9输出的体积流量作为反馈值Qv′；
B、控制系统1比较体积流量设定值Qv和反馈值Qv′，将偏差量输入PID控制器进行补偿；
C、控制系统采集衡器测得的质量流量值，根据实时在线密度计算体积流量；
S2-2、当被检流量计是质量流量测量仪表时，控制系统切换至质量流量模式；
A、以质量流量设定值Qm为给定量，由人工输入控制系统1，采用铂热电阻8获取实时油温t，查找步骤S1建立的温度-密度对照表，获取实时在线密度ρ，采用下述公式计算体积流量Qv
Qv＝Qm/ρ；
控制系统1采集体积流量测量仪表9输出的体积流量作为反馈值Qv′；
B、控制系统比较以质量流量设定值Qm获取的体积流量设定值Qv和反馈量Qv′，将偏差量输入PID控制器进行补偿；
C、控制系统采集衡器测得的质量流量值，根据实时在线密度计算体积流量，保证体积流量测量的准确性。
具体实施时：
控制系统1控制蠕动泵15启动，储油池18中的油在蠕动泵15的作用下，经取样管16、蠕动泵15及密度仪17返回储油池18，维持蠕动泵15运行一段时间，确保密度仪17检测腔内空气排尽并充满油样品，控制系统1控制蠕动泵15停止。控制系统1控制密度仪17按给定温度步长测量检测腔内油样品不同温度下的密度，控制系统1采集密度仪17测得的密度值，建立并存储工作温度范围内“温度-密度”一一对应的数据表格。温度步长的选取由密度测量准确度要求决定。
对油密度长期稳定性实施监控，根据密度测量准确度要求选取合适的稳定性阈值，以固定时间间隔，通过控制系统1控制密度仪17测量给定温度下油密度，比较密度测得值与“温度-密度”数据表格中相应密度值，当密度变化超过稳定性阈值时，按照建立“温度-密度”数据表格的相同步骤更新整个“温度-密度”数据表格。
变频器2驱动电机3，电机3驱动螺杆泵4抽吸储油池18中的油，油经螺杆泵4、稳压罐5、主管道6、被检流量计7、铂热电阻8、体积流量测量仪表9、调节阀10、换向器11、称重容器12及截止阀14返回储油池18，或直接从换向器11返回储油池18，完成整个液体循环系统的循环过程。控制系统1对被检流量计7、铂热电阻8、体积流量测量仪表9及衡器13进行信号采集；对变频器2、调节阀10、换向器11及截止阀14进行控制。在循环过程中，控制系统1实时在线采集铂热电阻输出信号，计算油温度，根据温度值查询“温度-密度”数据表格，得到实时在线密度。
参见图2，当被检流量计是体积流量测量仪表时，控制系统切换至体积流量模式。在此模式下，以体积流量设定值为给定量，PID控制器为控制器，变频器驱动电机为执行器，电机同步转速为控制量，液体循环系统为被控对象，流量为被控量，体积流量测量仪表为检测装置，组成闭环控制系统，保证体积流量的稳定性。其中，体积流量设定值Qv即给定量是人工输入控制系统的，在控制过程中为固定值，控制系统采集体积流量测量仪表输出信号，计算体积流量，并以此体积流量测得值Qv′作为反馈量，控制系统比较给定量和反馈量，将偏差量输入PID控制器，进行反馈。控制系统采集衡器测得的质量流量值，根据实时在线密度计算体积流量，保证体积流量测量的准确性。
参见图3，当被检流量计是质量流量测量仪表时，控制系统切换至体积流量模式。在此模式下，以质量流量设定值和实时在线密度计算体积流量，以体积流量计算值为给定量，PID控制器为控制器，变频器驱动电机为执行器，电机同步转速为控制量，液体循环系统为被控对象，流量为被控量，体积流量测量仪表为检测装置，组成闭环控制系统，保证质量流量的稳定性。其中，质量流量设定值Qm是人工输入控制系统的，在控制过程中为固定值，控制系统根据质量流量设定值Qm和实时在线密度ρ计算体积流量Qv＝Qm/ρ，作为给定量，控制系统采集体积流量测量仪表输出信号，计算体积流量，并以此体积流量测得值Qv′作为反馈量，控制系统比较给定量和反馈量，将偏差量输入PID控制器，进行反馈；控制系统采集衡器测得的质量流量值，保证质量流量测量的准确性。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (6)
1.一种实时动态补偿温度变化的油流量计检定装置，其特征在于，该装置包括控制系统(1)、变频器(2)、电机(3)、螺杆泵(4)、稳压罐(5)、主管道(6)、铂热电阻(8)、体积流量测量仪表(9)、调节阀(10)、换向器(11)、蠕动泵(15)、取样管(16)、密度仪(17)和储油池(18)，所述蠕动泵(15)的进料口经取样管(16)连接储油池(18)，出料口连接密度仪(17)的进料口，密度仪(17)的出料口经管路返回储油池(18)，所述变频器(2)的驱动信号输出端驱动电机(3)，电机(3)驱动连接螺杆泵(4)，所述螺杆泵(4)的抽料口连接储油池(18)，螺杆泵(4)的出料端依次连接稳压罐(5)和主管道(6)，主管道(6)上依次设有被检流量计(7)、铂热电阻(8)、体积流量测量仪表(9)、调节阀(10)和换向器(11)，换向器(11)的出口处连接储油池(18)，所述的控制系统(1)的各检测信号端分别连接被检流量计(7)、铂热电阻(8)及体积流量测量仪表(9)进行信号采集；控制系统(1)的控制信号输出端分别连接变频器(2)、调节阀(10)及换向器(11)。
2.根据权利要求1所述的实时动态补偿温度变化的油流量计检定装置，其特征在于，换向器(11)的出口处设置称重容器(12)，称重容器(12)的底部设有衡器(13)，称重容器(12)的出料口通过管路连接截止阀(14)，截止阀(14)的出料口连接储油池(18)，所述的控制系统(1)的重量检测信号端连接衡器(13)进行信号采集；控制系统(1)的控制信号输出端连接截止阀(14)的控制信号输入端。
3.一种实时动态补偿温度变化的油流量计检定方法，应用权利要求2所述的实时动态补偿温度变化的油流量计检定装置，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、利用密度仪对不同温度下油密度进行离线测量，建立工作温度范围内的温度-密度对照表；
S2、对油温度进行实时在线测量，根据实时温度测量值查找温度-密度对照表，得到对应的油密度；
S2-1、当被检流量计是体积流量测量仪表时，控制系统切换至体积流量模式：
A、以体积流量设定值Qv为给定量，由人工输入控制系统(1)，控制系统(1)采集体积流量测量仪表(9)输出的体积流量作为反馈值Qv′；
B、控制系统(1)比较体积流量设定值Qv和反馈值Qv′，将偏差量输入PID控制器进行补偿；
C、控制系统采集衡器测得的质量流量值，根据实时在线密度计算体积流量；
S2-2、当被检流量计是质量流量测量仪表时，控制系统切换至质量流量模式；
A、以质量流量设定值Qm为给定量，由人工输入控制系统(1)，采用铂热电阻(8)获取实时油温t，查找步骤S1建立的温度-密度对照表，获取实时在线密度ρ，采用下述公式计算体积流量Qv
Qv＝Qm/ρ；
控制系统(1)采集体积流量测量仪表(9)输出的体积流量作为反馈值Qv′；
B、控制系统比较以质量流量设定值Qm获取的体积流量设定值Qv和反馈量Qv′，将偏差量输入PID控制器进行补偿；
C、控制系统采集衡器测得的质量流量值，根据实时在线密度计算体积流量，保证体积流量测量的准确性。
4.根据权利要求3所述的实时动态补偿温度变化的油流量计检定方法，其特征是所述的步骤S1具体为：
S1-1、控制系统(1)控制蠕动泵(15)启动，储油池(18)中的油在蠕动泵(15)的作用下，经取样管(16)、蠕动泵(15)及密度仪(17)返回储油池(18)，维持蠕动泵(15)运行一段时间，确保密度仪(17)检测腔内空气排尽并充满油样品，控制系统(1)控制蠕动泵(15)停止；
S1-2、控制系统(1)控制密度仪(17)按给定温度步长测量检测腔内油样品不同温度下的密度，控制系统(1)采集密度仪(17)测得的密度值，建立并存储工作温度范围内温度-密度一一对应的数据表格。
5.根据权利要求4所述的实时动态补偿温度变化的油流量计检定方法，其特征是温度步长的选取由密度测量准确度要求决定。
6.根据权利要求4所述的实时动态补偿温度变化的油流量计检定方法，其特征是所述的步骤S1中，利用密度仪对油密度进行长期稳定的监控，适时更新温度-密度对照表。
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