CN111397699A - 一种称重测量装置、流量计校验系统及方法 - Google Patents

一种称重测量装置、流量计校验系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种称重测量装置、流量计校验系统及方法，以解决现有技术中存在的在实验室中使用水对流量计进行校验的结果不准确，且在实验室校验时的安装环境及使用状态与实际使用现场不同，使得校验结果出现偏差的问题。称重测量装置包括密封舱、设置在密封舱内的称重组件以及介质进出管路、气体进出管路，介质进出管路一端伸入介质容器底部，另一端伸出密封舱，气体进出管路一端与密封舱内部连通，另一端伸出密封舱。流量计校验系统包括称重测量装置、介质加注管路、校验管路、增压管路、放气管路。本发明还提供了基于流量计校验系统的校验方法。

Description

一种称重测量装置、流量计校验系统及方法
技术领域
本发明涉及流量计校验领域，具体涉及一种称重测量装置、流量计校验系统及方法。
背景技术
在航天小推力发动机地面及高空模拟试验中，发动机热点火试验介质供应系统采用挤压式供应方式，利用惰性气体作为介质容器增压气，为介质流动提供动力，通过控制介质容器的增压压力及介质流速，以满足发动机热点火试验所需介质流量要求，实现发动机推进介质燃烧，最终保证发动机推力达到设计要求。
发动机热点火试验所需氧化剂及燃料介质分别为四氧化二氮和偏二甲肼，上述介质具有一定粘滞性，用于测量介质流量的流量计口径较小，被测介质容易粘附在流量计器壁上，使流量计在使用一段时间后产生误差；此外，被测介质的易挥发性、强腐蚀性也会使流量计的性能表现不稳定。
因此流量计在使用一段时间后必须进行校验，而一般的流量计校验方法是在实验室中使用水进行校验，水与实际被测介质的粘度系数相差较大，对于小口径(0.5～1mm)的流量计校验结果并不准确；其次，流量计校验时的安装环境及使用状态与实际使用现场不同，使得校验结果出现偏差。对于小流量测量的高精度要求来说，这些影响是不可忽视的。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的在实验室中使用水对流量计进行校验的结果不准确，且在实验室校验时的安装环境及使用状态与实际使用现场不同，使得校验结果出现偏差的问题，而提供了一种称重测量装置、流量计校验系统及方法。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种称重测量装置，其特殊之处在于：
包括密封舱和设置在密封舱内的称重组件；
所述称重组件包括杠杆单元、介质容器、砝码；
所述杠杆单元包括支座和杠杆；
所述支座固定设置在密封舱底面上；
所述杠杆一端与介质容器连接，另一端与砝码连接，其中部搭接在支座顶端，且搭接点靠近杠杆与介质容器连接一端；
所述杠杆与砝码连接一端设置有信号发射器，密封舱靠近信号发射器一侧的侧壁上设置有信号接收器；信号接收器与杠杆处于水平位置时信号发射器的位置对应；
所述密封舱上还设置有介质进出管路和气体进出管路；
所述介质进出管路一端伸入介质容器底部，另一端伸出密封舱；
所述气体进出管路一端与密封舱内部连通，另一端伸出密封舱。
进一步地，还包括设置在密封舱底部的砝码装卸组件；
所述砝码装卸组件包括气缸和托盘；
所述气缸的顶杆伸入密封舱内与砝码对应；所述托盘设置于顶杆端部。
进一步地，所述信号发射器为磁钢，信号接收器为霍尔元件传感器。
进一步地，所述密封舱上设有用于检测密封舱内部温度和压力的传感器；
所述密封舱下方设置有支架。
本发明还提供了一种流量计校验系统，其特殊之处在于：
包括称重测量装置、介质加注管路、校验管路、增压管路、放气管路；
所述称重测量装置包括密封舱和设置在密封舱内的称重组件；
所述称重组件包括杠杆单元、介质容器、砝码；
所述杠杆单元包括支座和杠杆；
所述支座固定设置在密封舱底面上；
所述杠杆一端与介质容器连接，另一端与砝码连接，其中部搭接在支座顶端，且搭接点靠近杠杆与介质容器连接一端；
所述杠杆与砝码连接一端设置有信号发射器，密封舱靠近信号发射器一侧的侧壁上设置有信号接收器；信号接收器与杠杆处于水平位置时信号发射器的位置对应；
所述密封舱上还设置有介质进出管路和气体进出管路；
所述介质进出管路一端伸入介质容器底部，另一端伸出密封舱后分别与介质加注管路、校验管路连通；
所述校验管路出口设置有介质回收容器；
被校验流量计安装在校验管路上；
所述气体进出管路一端与密封舱内部连通，另一端伸出密封舱后分别与增压管路、放气管路连通。
进一步地，所述介质进出管路伸出密封舱部分上设置有第一手动阀门；
所述介质加注管路上沿介质流动方向依次设置有第二手动阀门、加注过滤器、第一加注阀门、第一隔离阀；介质加注管路上还设置有与加注过滤器、第一加注阀门并联的第二加注阀门；
所述校验管路上沿介质流动方向依次设置有第二隔离阀、过滤器、被校验流量计、气动阀门、介质回收容器；
所述增压管路上沿气体流动方向依次设置有安全阀、氮气储罐、第三手动阀门、减压器、第四手动阀门、增压过滤器；
所述放气管路上设置有放气阀。
进一步地，所述称重测量装置还包括设置在密封舱底部的砝码装卸组件；
所述砝码装卸组件包括气缸和托盘；
所述气缸的顶杆伸入密封舱内与砝码对应；
所述托盘设置于顶杆端部。
进一步地，所述信号发射器为磁钢，信号接收器为霍尔元件传感器。
进一步地，所述密封舱上设有用于检测密封舱内部温度和压力的传感器；
所述密封舱下方设置有支架。
基于上述流量计校验系统的校验方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)选取砝码
所述砝码质量需满足：(m1+m’)×L1＝m2×L2+m3×L3；
其中，m1为介质容器质量，m2为杠杆质量，m3为砝码质量，m’为杠杆处于水平位置时介质容器内的介质质量，L1为杠杆与介质容器连接点到支点的距离，L2为杠杆重心到支点的距离，L3为杠杆与砝码连接点到支点的距离；
2)向介质容器加注介质
打开介质加注管路、介质进出管路、气体进出管路、放气管路，同时关闭校验管路、增压管路，向介质容器内加注介质；
加注介质质量需满足：(m1+m4)×L1＞m2×L2+m3×L3；
其中，m4为介质容器内加注介质质量；
且加注介质体积不大于介质容器容积的90％；
关闭介质加注管路、介质进出管路、气体进出管路、放气管路，加注结束；
3)校验管路充填
打开介质加注管路、校验管路，当介质连续流出校验管路出口时，关闭介质加注管路、校验管路；
4)流量计校验
4.1)打开气体进出管路、增压管路，使密封舱内压力升至指定压力，并维持压力稳定；
4.2)打开校验管路、介质进出管路，同时记录时间点t1；
4.3)介质容器内的介质在压力的作用下依次通过介质进出管路、校验管路进入介质回收容器；杠杆连接砝码一端由上向下运动，当信号发射器扫过信号接收器时，关闭校验管路、介质进出管路、增压管路、气体进出管路，同时记录时间点t2；
5)介质流量计算
5.1)计算介质容器输出的介质质量Δm：Δm＝m4-m’；
5.2)计算介质平均流量m：m＝Δm/(t2-t1)；
5.3)计算介质体积流量qv：qv＝m/ρ；
其中，ρ为介质密度；
6)调校被校验流量计
重复步骤2-5得到多个介质体积流量值，进而计算出被校验流量计的仪表系数k，根据仪表系数k调校被校验流量计。
本发明相比现有技术的有益效果是：
1.本发明提供的称重测量装置利用杠杆原理计算出介质容器输出的介质质量，并结合介质输出时间计算出介质输出时的流量，该装置可安装在实际工作系统中，对流量计进行在线校验，保证通过介质、安装环境及使用状态与被测流量计一致，提高了测量的准确性；
2.信号发射器位于杠杆上，信号接收器位于密封舱侧壁上，在杠杆摆动过程中采集脉冲信号进而控制校验系统运行过程，信号发射器、信号接收器不与介质接触，可有效避免腐蚀性介质对电子元器件的影响；
3.在密封舱上设置用于检测密封舱内部温度和压力的传感器，以便对增压气体随温度变化带来的影响进行计算修正，进一步提高了测量的准确性；
4.在密封舱底部设置砝码装卸组件，可实现砝码自动加卸载，称重测量装置在不用时，可通过气缸的顶杆带动托盘将砝码托起，即卸载砝码以延长杠杆单元的使用寿命。
附图说明
图1是本发明称重测量装置的一个实施例的结构示意图；
图2是本发明流量计校验系统的一个实施例的结构示意图；
图中，1-密封舱，2-介质容器，3-砝码，4-支座，5-杠杆，6-信号发射器，7-信号接收器，8-介质进出管路，81-第一手动阀门，9-气体进出管路，10-气缸，11-托盘，12-支架，20-介质加注管路，21-第二手动阀门，22-加注过滤器，23-第一加注阀门，24-第一隔离阀，25-第二加注阀门，30-校验管路，31-第二隔离阀，32-过滤器，33-被校验流量计，34-气动阀门，35-介质回收容器，40-增压管路，41-安全阀，42-氮气储罐，43-第三手动阀门，44-减压器，45-第四手动阀门，46-增压过滤器，50-放气管路，51-放气阀。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种称重测量装置、流量计校验系统及方法作进一步详细说明。
本发明提供的一种称重测量装置的实施例如图1所示，该装置包括密封舱1以及设置在密封舱1内的称重组件。
称重组件包括杠杆单元、介质容器2、砝码3；
杠杆单元包括支座4和杠杆5，支座4固定设置在密封舱1底面上，杠杆5一端与介质容器2连接，另一端与砝码3连接，杠杆5的中部搭接在支座4顶端，且搭接点靠近杠杆5与介质容器2连接一端；杠杆5与砝码3连接一端设置有信号发射器6，密封舱1靠近信号发射器6一侧的侧壁上设置有信号接收器7，信号接收器7与杠杆5处于水平位置时信号发射器6的位置对应；信号发射器6、信号接收器7的种类较多，本实施例中使用的信号发射器6为磁钢，信号接收器7为霍尔元件传感器。
密封舱1上设置有介质进出管路8和气体进出管路9；介质进出管路8一端伸入介质容器2底部，另一端伸出密封舱1与后分别与介质加注管路20、校验管路30连通；气体进出管路9一端与密封舱1内部连通，另一端伸出密封舱1后分别与增压管路40、放气管路50连通。
密封舱1底部设置有砝码装卸组件，以实现砝码3自动加卸载；砝码装卸组件包括气缸10和托盘11；气缸10的顶杆伸入密封舱1内与砝码3对应；托盘11设置于顶杆端部；
卸载砝码3时，控制气缸10的顶杆上移，使托盘11将砝码3托起至杠杆5与砝码3连接一端不受力，卸载完成；装载砝码3时，控制气缸10的顶杆下移，使托盘11远离砝码3至砝码3自然垂落，装载完成。
密封舱1上还设有用于检测密封舱1内部温度和压力的传感器，以便对增压气体随温度变化带来的影响进行计算修正。
密封舱1下方设置有支架15。
本发明提供的一种流量计校验系统的实施例如图2所示，该系统包括称重测量装置、介质加注管路20、校验管路30、增压管路40、放气管路50；
称重测量装置包括密封舱1以及设置在密封舱1内的称重组件，具体结构与上述称重测量装置的实施例中结构相同。
称重组件包括杠杆单元、介质容器2、砝码3；
杠杆单元包括支座4和杠杆5，支座4固定设置在密封舱1底面上，杠杆5一端与介质容器2连接，另一端与砝码3连接，杠杆5的中部搭接在支座4顶端，且搭接点靠近杠杆5与介质容器2连接一端；杠杆5与砝码3连接一端设置有信号发射器6，密封舱1靠近信号发射器6一侧的侧壁上设置有信号接收器7，信号接收器7与杠杆5处于水平位置时信号发射器6的位置对应。
密封舱1上设置有介质进出管路8和气体进出管路9；介质进出管路8一端伸入介质容器2底部，另一端伸出密封舱1与后分别与介质加注管路20、校验管路30连通；气体进出管路9一端与密封舱1内部连通，另一端伸出密封舱1后分别与增压管路40、放气管路50连通。
介质进出管路8伸出密封舱1部分上设置有第一手动阀门81；
介质加注管路20上沿介质流动方向依次设置有第二手动阀门21、加注过滤器22、第一加注阀门23、第一隔离阀24；介质加注管路20上还设置有与加注过滤器22、第一加注阀门23并联的第二加注阀门25；
校验管路30上沿介质流动方向依次设置有第二隔离阀31、过滤器32、被校验流量计33、气动阀门34、介质回收容器35；
增压管路40上沿气体流动方向依次设置有安全阀41、氮气储罐42、第三手动阀门43、减压器44、第四手动阀门45、增压过滤器46；
放气管路50上设置有放气阀51。
使用上述流量计校验系统对流量计进行校验的方法包括以下步骤：
1)选取砝码3
砝码3质量需满足：(m1+m’)×L1＝m2×L2+m3×L3；
其中，m1为介质容器2质量；m2为杠杆5质量；m3为砝码3质量；m’为杠杆5处于水平位置时介质容器2内的介质质量，在确定砝码3质量时，m’为预设值；L1为杠杆5与介质容器2连接点到支点的距离；L2为杠杆5重心到支点的距离；L3为杠杆5与砝码3连接点到支点的距离；
2)向介质容器2加注介质
打开介质加注管路20、介质进出管路8、气体进出管路9、放气管路50，同时关闭校验管路30、增压管路40，向介质容器2内加注介质；
加注介质质量需满足：(m1+m4)×L1＞m2×L2+m3×L3；
其中，m4为介质容器2内加注介质质量；
且加注介质体积不大于介质容器2容积的90％；
关闭介质加注管路20、介质进出管路8、气体进出管路9、放气管路50，加注结束；
3)校验管路30充填
打开介质加注管路20、校验管路30，当介质连续流出校验管路30出口时，关闭介质加注管路20、校验管路30；
4)流量计校验
4.1)打开气体进出管路9、增压管路40，使密封舱1内压力升至指定压力，并维持压力稳定；此处指定压力是指根据预期流量、被校验流量计33口径等数据计算出的，可以将介质从介质容器2中压出的压力值；
4.2)打开校验管路30、介质进出管路8，同时记录时间点t1；
4.3)介质容器2内的介质在压力的作用下依次通过介质进出管路8、校验管路30进入介质回收容器35；杠杆5连接砝码3一端由上向下运动，当信号发射器6扫过信号接收器7时，杠杆5处于水平位置即平衡状态，关闭校验管路30、介质进出管路8、增压管路40、气体进出管路9，同时记录时间点t2；此时，介质容器2中剩余介质质量为m’；
5)介质流量计算
5.1)计算介质容器2输出的介质质量Δm：Δm＝m4-m’；
5.2)计算介质平均流量m：m＝Δm/(t2-t1)；
5.3)计算介质体积流量qv：qv＝m/ρ；
其中，ρ为介质密度；
6)调校被校验流量计33；
重复步骤2-5得到多个介质体积流量值，进而计算出被校验流量计33的仪表系数k，根据仪表系数k调校被校验流量计33。
例如，被校验流量计33为涡轮流量计，校验时，选择涡轮流量计测量范围内不同的流量段，通过重复步骤2-5，得到多个介质体积流量qv，根据涡轮流量计适用的流量方程qv＝f/k，得到该涡轮流量计的仪表系数k，其中f为涡轮流量计输出信号频率；根据仪表系数k调校被校验流量计33。

Claims (10)

1.一种称重测量装置，其特征在于：
包括密封舱(1)和设置在密封舱(1)内的称重组件；
所述称重组件包括杠杆单元、介质容器(2)、砝码(3)；
所述杠杆单元包括支座(4)和杠杆(5)；
所述支座(4)固定设置在密封舱(1)底面上；
所述杠杆(5)一端与介质容器(2)连接，另一端与砝码(3)连接，其中部搭接在支座(4)顶端，且搭接点靠近杠杆(5)与介质容器(2)连接一端；
所述杠杆(5)与砝码(3)连接一端设置有信号发射器(6)，密封舱(1)靠近信号发射器(6)一侧的侧壁上设置有信号接收器(7)；信号接收器(7)与杠杆(5)处于水平位置时信号发射器(6)的位置对应；
所述密封舱(1)上还设置有介质进出管路(8)和气体进出管路(9)；
所述介质进出管路(8)一端伸入介质容器(2)底部，另一端伸出密封舱(1)；
所述气体进出管路(9)一端与密封舱(1)内部连通，另一端伸出密封舱(1)。
2.根据权利要求1所述的称重测量装置，其特征在于：
还包括设置在密封舱(1)底部的砝码装卸组件；
所述砝码装卸组件包括气缸(10)和托盘(11)；
所述气缸(10)的顶杆伸入密封舱(1)内与砝码(3)对应；
所述托盘(11)设置于顶杆端部。
3.根据权利要求1或2所述的称重测量装置，其特征在于：
所述信号发射器(6)为磁钢，信号接收器(7)为霍尔元件传感器。
4.根据权利要求3所述的称重测量装置，其特征在于：
所述密封舱(1)上设有用于检测密封舱(1)内部温度和压力的传感器；
所述密封舱(1)下方设置有支架(12)。
5.一种流量计校验系统，其特征在于：
包括称重测量装置、介质加注管路(20)、校验管路(30)、增压管路(40)、放气管路(50)；
所述称重测量装置包括密封舱(1)和设置在密封舱(1)内的称重组件；
所述称重组件包括杠杆单元、介质容器(2)、砝码(3)；
所述杠杆单元包括支座(4)和杠杆(5)；
所述支座(4)固定设置在密封舱(1)底面上；
所述杠杆(5)一端与介质容器(2)连接，另一端与砝码(3)连接，其中部搭接在支座(4)顶端，且搭接点靠近杠杆(5)与介质容器(2)连接一端；
所述杠杆(5)与砝码(3)连接一端设置有信号发射器(6)，密封舱(1)靠近信号发射器(6)一侧的侧壁上设置有信号接收器(7)；信号接收器(7)与杠杆(5)处于水平位置时信号发射器(6)的位置对应；
所述密封舱(1)上还设置有介质进出管路(8)和气体进出管路(9)；
所述介质进出管路(8)一端伸入介质容器(2)底部，另一端伸出密封舱(1)后分别与介质加注管路(20)、校验管路(30)连通；
所述校验管路(30)出口设置有介质回收容器(35)；
被校验流量计(33)安装在校验管路(30)上；
所述气体进出管路(9)一端与密封舱(1)内部连通，另一端伸出密封舱(1)后分别与增压管路(40)、放气管路(50)连通。
6.根据权利要求5所述的流量计校验系统，其特征在于：
所述介质进出管路(8)伸出密封舱(1)部分上设置有第一手动阀门(81)；
所述介质加注管路(20)上沿介质流动方向依次设置有第二手动阀门(21)、加注过滤器(22)、第一加注阀门(23)、第一隔离阀(24)；介质加注管路(20)上还设置有与加注过滤器(22)、第一加注阀门(23)并联的第二加注阀门(25)；
所述校验管路(30)上沿介质流动方向依次设置有第二隔离阀(31)、过滤器(32)、被校验流量计(33)、气动阀门(34)、介质回收容器(35)；
所述增压管路(40)上沿气体流动方向依次设置有安全阀(41)、氮气储罐(42)、第三手动阀门(43)、减压器(44)、第四手动阀门(45)、增压过滤器(46)；
所述放气管路(50)上设置有放气阀(51)。
7.根据权利要求5或6所述的流量计校验系统，其特征在于：
所述称重测量装置还包括设置在密封舱(1)底部的砝码装卸组件；
所述砝码装卸组件包括气缸(10)和托盘(11)；
所述气缸(10)的顶杆伸入密封舱(1)内与砝码(3)对应；
所述托盘(11)设置于顶杆端部。
8.根据权利要求7所述的流量计校验系统，其特征在于：
所述信号发射器(6)为磁钢，信号接收器(7)为霍尔元件传感器。
9.根据权利要求8所述的流量计校验系统，其特征在于：
所述密封舱(1)上设有用于检测密封舱(1)内部温度和压力的传感器；
所述密封舱(1)下方设置有支架(12)。
10.一种流量计校验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)选取砝码(3)
所述砝码(3)质量需满足：(m1+m’)×L1＝m2×L2+m3×L3；
其中，m1为介质容器(2)质量，m2为杠杆(5)质量，m3为砝码(3)质量，m’为杠杆(5)处于水平位置时介质容器(2)内的介质质量，L1为杠杆(5)与介质容器(2)连接点到支点的距离，L2为杠杆(5)重心到支点的距离，L3为杠杆(5)与砝码(3)连接点到支点的距离；
2)向介质容器(2)加注介质
打开介质加注管路(20)、介质进出管路(8)、气体进出管路(9)、放气管路(50)，同时关闭校验管路(30)、增压管路(40)，向介质容器(2)内加注介质；
加注介质质量需满足：(m1+m4)×L1＞m2×L2+m3×L3；
其中，m4为介质容器(2)内加注介质质量；
且加注介质体积不大于介质容器(2)容积的90％；
关闭介质加注管路(20)、介质进出管路(8)、气体进出管路(9)、放气管路(50)，加注结束；
3)校验管路(30)充填
打开介质加注管路(20)、校验管路(30)，当介质连续流出校验管路(30)出口时，关闭介质加注管路(20)、校验管路(30)；
4)流量计校验
4.1)打开气体进出管路(9)、增压管路(40)，使密封舱(1)内压力升至指定压力，并维持压力稳定；
4.2)打开校验管路(30)、介质进出管路(8)，同时记录时间点t1；
4.3)介质容器(2)内的介质在压力的作用下依次通过介质进出管路(8)、校验管路(30)进入介质回收容器(35)；杠杆(5)连接砝码(3)一端由上向下运动，当信号发射器(6)扫过信号接收器(7)时，关闭校验管路(30)、介质进出管路(8)、增压管路(40)、气体进出管路(9)，同时记录时间点t2；
5)介质流量计算
5.1)计算介质容器(2)输出的介质质量Δm：Δm＝m4-m’；
5.2)计算介质平均流量m：m＝Δm/(t2-t1)；
5.3)计算介质体积流量qv：qv＝m/ρ；
其中，ρ为介质密度；
6)调校被校验流量计(33)
重复步骤2-5得到多个介质体积流量值，进而计算出被校验流量计(33)的仪表系数k，根据仪表系数k调校被校验流量计(33)。
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