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电子台秤-管道传输在线计量技术方案的理论分析

假设在钠钾合金制备中与钠钾合金合成罐相连接的管道均为弹性体(初步假设为波纹管),那么,合成罐中质量的增加和减少则能使奥豪斯仪器生产的电子台秤的弹性元件的功能得以顺利实现。称量时,奥豪斯电子台秤的弹性元件受被称重物作用向下位移,位移量处在正比区,即在无波纹管的影响下,电子台秤所显示的质量等于被称物体真实质量m。

  系统采用不锈钢波纹管。称量时,奥豪斯电子台秤的位移量很小,可认为α/f1是常数,且α/f1值越小,m1值越接近真实质量m。

应选用弹性好的不锈钢波纹管;波纹管要足够长,以减小波纹管对称重的影响。当波纹管足够长时,可忽略波纹管的弹性(即α接近于0),而把它当成1根柔软的质量分布均匀的管子。这时,波纹管作用在电子台秤上的重力是波纹管质量的半。在开始对奥豪斯电子台秤显示质量m1进行校正时,将波纹管引起的重力效应视为附加质量mb,mb=2mp。当然,mb中还应有安装等引起的应力。安装时,应使波纹管的初始状态所受应力引起的质量变化b减少到小。

  系统运行时,应使波纹管处的温度保持在钠、钾的熔点以上(固态钠、钾为非弹性体,凝固在波纹管内的钠或钾会使波纹管的弹性变差,导致较大的称量误差)。同时,温度不应太高,温度波动不宜太大,以免影响波纹管的弹性而造成称量误差。显然,系统中4根波纹管的存在使得输入

钠、钾的真实质量与奥豪斯电子秤的显示质量出现偏差,真实质量略大于显示质量。

 计量方案的设计与实现

  由上述分析可知,当对钠钾合金制备系统采用软连接时,系统中的钠钾合金合成罐可随质量的减、增而上、下运动,从而使奥豪斯电子台秤的弹性形变顺利实现。将与钠钾合金合成罐相连的贮钠罐、贮钾罐、钠钾合金运输罐和氩气管道均采用软管连接。如此设计对测量结果产生的影响需通过标准砝码及标准秤等方法对设计方案进行论证和校正,并通过实际研究来确定真实质量与显示质量之间的函数关系。

 标准砝码法校正

  将钠钾合金罐和由安装带来的附加质量起记为皮重,并对该质量进行清零,使奥豪斯电子台秤的显示质量为0。然后,将标准砝码由小到大依次放置在奥豪斯仪器上海有限公司生产的TCS-D31P300BX型电子台秤的操作台上。在52kg以下,按0.5kg递增方式进行校核;52~62kg时,按1kg递增校核;62~70kg时,按2kg递增校核;70~155kg时,按5kg递增校核。此时,加上钠钾合金罐的皮重达到奥豪斯TCS-D31P300BX电子台秤的测量上限。电子台秤的精度为0.1kg,安装前已由计量单位标定。总质量在70kg以下范围,当砝码质量小于5.5kg时,奥豪斯电子台秤显示不出偏差,即α/f1近似为0;当砝码质量处在5.5~100kg间时,α/f1值处在0.012~0.020间,且随着质量的增加略有增大,这结果与理论分析的弹性形变相致。如果忽略这种微小的差异,可近似认为α/f1为常量,对试验测量数值取平均,则α/f1=0.016 2。当制备完1罐钠钾合金后,将该罐钠钾合金输送到钠钾合金运输罐中,由电子台秤显示输送到钠钾合金运输罐中的钠钾合金质量为m1,运输罐内的钠钾合金质量m 可用已标定过的电子台秤离线测量。

 结论

  1)通过理论分析可知,对钠钾合金制备中液态钠和液态钾的在线计量所提出的设计模型是可行的。

  2)所建立的钠钾合金制备在线计量回路及通过标准砝码在线称量所得出的该计量回路的校正公式是正确的。

  3)通过离线称重和标准砝码法测得的校正系数α/f1很接近,验证了该计量回路的校正曲线是合理的,能够运用到高纯钠钾合金制备中。

  4)采用该方法成功制备了CEFR回路冷阱用高纯钠钾合金。


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