關(guān)于對夾式渦街流量計行業(yè)標準裝置研制的探討
點(diǎn)擊次數：1505 發(fā)布時(shí)間：2021-01-06 11:22:33
【摘要】本文依托當前對夾式渦街流量計量檢定方面的要求，根據儀表行業(yè)現狀，提出要研制出一種更加高效的計量檢定標準裝置用于高效地進(jìn)行檢定工作，因此在本文當中提出了相關(guān)的研究?jì)热莺脱芯克悸?，希望可以為檢定裝置的研制提供參考的思路。
1 引言
隨著(zhù)儀表行業(yè)的擴張，對夾式渦街流量計使用量大增，給檢定帶來(lái)了非常大的壓力，檢定工作量大，任務(wù)艱巨，因此檢定部門(mén)迫切需求先進(jìn)的標準檢定儀器，因此探索對夾式渦街流量計量檢定標準裝置的研制，具有非常顯著(zhù)的現實(shí)意義。
2 研制內容思考
本課題的研究旨在為對夾式渦街流量計量檢定標準裝置的研制提供一些可以參考的思路和方法，因此在本課題的*一部分，重點(diǎn)就研制內容進(jìn)行分析討論。因此基于對夾式渦街流量計量檢定標準裝置研制這一課題，試圖依托現行**標準，完成對對夾式渦街流量計性能指標的測試工作，對計量檢定標準裝置的系統原理、系統組成等進(jìn)行多方面的設計論證，形成具體的計量檢定標準裝置研制的具體思路。
主要內容上，*先，考慮高分辨率，多路多信號的信號采集系統，為保證檢定效率以及檢定精確度，考慮研制多路信號采集系統，實(shí)現對多個(gè)對夾式渦街流量計的信息采集。研究思路上包括多路采集電路板研制、確定通訊方式，確定電路板抗干擾方法，研究提高信號采集分辨率的方法，確定多信號通道集成的方法。多路信號通信設計使用和S P I 總線(xiàn)通訊，抗干擾方法擬采用光電隔離技術(shù)。使用信號放大器和高位 A/D 轉換芯片提高分辨率。
其次，自動(dòng)電控系統裝置，為了保證裝置對對夾式渦街流量計重復性、示值誤差、響應時(shí)間、漂移等檢定指標的檢定，需要達到標準氣體的氣壓、流量、氣路通斷、實(shí)時(shí)工況的自動(dòng)操控，因此考慮以 PLC 為主控裝置來(lái)實(shí)現電控，依托P L C 程序來(lái)完成自動(dòng)電控設計，硬件裝置上配置工作站，標準氣體氣壓和流量控制裝置。具體上以 PLC 為核心，配合電磁閥、真空裝置、繼電器、電源、通信模塊、管線(xiàn)等硬件，并設計相應的驅動(dòng)控制程序，實(shí)現自動(dòng)化的檢定控制。
3 研制方案思考
3.1 裝置工作原理
根據作業(yè)環(huán)境氣體檢測報警儀通用技術(shù)要求對計量部分的檢定要求來(lái)看，既定裝置的檢定項目包括重復性、示值誤差、響應時(shí)間、漂移等，根據這些項目，結合上文內容確定裝置的組成包括信號采集、通訊、電氣控制和控制軟件四個(gè)部分。由此組成的裝置，工作原理如下：電氣控制部分涵蓋高壓氣瓶等硬件裝置，用以控制高壓標準氣體的氣壓和流量，高壓氣瓶輸出標準氣體到傳感器，為了保證標準氣體的濃度，因此假設通過(guò)真空處理，來(lái)保證不同濃度氣體切換時(shí)濃度的穩定性，標準氣體在輸出過(guò)程當中要經(jīng)過(guò)減壓限流裝置控制標準氣體的氣壓和流量，并輸送到傳感器中。信號采集裝置將傳感器的信號采集起來(lái)并上傳至上位機，上位機部分則包括 PLC 和工作站，在這個(gè)部分通過(guò)設計的程序來(lái)完成電氣控制與數據處理上的工作，實(shí)現自動(dòng)化檢定。
3.2 研制裝置功能模塊
*先電氣控制模塊，主要任務(wù)是在 P L C 的控制下實(shí)現對減壓限流裝置的自動(dòng)控制，以此來(lái)保證輸出標準氣體的氣壓、流量，確保標準氣體有效地融入被檢定的對夾式渦街流量計當中，實(shí)現自動(dòng)控制、采集與計算。整個(gè)自動(dòng)電控系統包括 P L C、電磁閥、標準氣體儲存瓶、氣壓表、穩壓器、減壓限流裝置、公共艙體、流量計、控制電路等組成。程序方面要求 OLC 根據上位機的控制指令來(lái)完成對電磁閥的驅動(dòng)，并且要有自檢能力，同時(shí)要實(shí)現根據運算的結果，自動(dòng)發(fā)出控制指令，完成控制過(guò)程，且要具備手動(dòng)控制功能。
其次，信號采集模塊，主要任務(wù)是未來(lái)完成對對夾式渦街流量計性能指標信息的采集，為了完成這一目標，結合上文的分析來(lái)說(shuō)，采用 SPI 總線(xiàn)通訊，實(shí)現多路檢定，電路板使用信號放大器以及高位 A/D 轉換芯片來(lái)實(shí)現高分辨率的信號采集，同時(shí)利用光電隔離技術(shù)來(lái)提高抗干擾能力?？偨Y起來(lái)，信號采集模塊要實(shí)現對多種信號的集成，變換，隔離和放大，為此考慮使用單片機來(lái)進(jìn)行信息采集與處理并通過(guò)總線(xiàn)方式來(lái)上傳到主板單片機。單片機主要完成對A / D 芯片的控制以及接收芯片輸出的信號，通過(guò)編寫(xiě)相應的數據處理程序，將接收的信號處理后上傳至主板單片機。主板單片機通過(guò)必要電路與上位機通訊。
再次，通訊模塊，其主要任務(wù)在于完成電氣控制部分和上位機之間的通訊。通訊網(wǎng)絡(luò )采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)通訊技術(shù)和 USB 通訊技術(shù)，實(shí)用無(wú)線(xiàn)互聯(lián)模塊，USB 通訊上使用專(zhuān)業(yè)芯片來(lái)構建 USB 通訊。
*后工作站及 P L C 的程序設計，P L C 程序設計按照選用的 PLC 所提供的程序設計軟件進(jìn)行設計，要求滿(mǎn)足上文提出的控制要求。工作站方面是重點(diǎn)內容，要求包括用戶(hù)管理，閥門(mén)切換，儀器校準，示值誤差、重復性、響應時(shí)間、漂移等的檢定。
3.3 研制裝置成效
根據上文的思路設計研制了一款對夾式渦街流量計量檢定標準裝置，經(jīng)過(guò)后期的安裝調試后，確定其主要參數包括，測量標準電壓范圍 0 ～ 5V，分辨率 0.001V，測試標準電流范圍 4 ～ 20 毫安，分辨率 0.01 毫安，測試標準頻率范圍 0 ～ 10KHz，分辨率 1Hz。電源參數 22V/AC。適合 5 ～45 攝氏度環(huán)境。
按照這一裝置，選用多部對夾式渦街流量計進(jìn)行實(shí)驗檢定，并通過(guò)數據分析處理后得出如下結論，A / D 采集線(xiàn)性度誤差為 0.12%，基本上可以保證一定的測試準確度，因此針對對夾式渦街流量計進(jìn)行檢定實(shí)驗，結果顯示，被實(shí)驗對象探測器零點(diǎn)漂移為零，示值誤差在 0.5 ～ 0.9% 之間。示值誤差方面在不考慮其他條件的情況下誤差范圍在 -1.5 ～0.8% 之間。重復性測量誤差在 0.16 ～ 0.22% 之間。響應時(shí)間平均值在 16.37 ～ 28.84s 之間。
根據實(shí)驗結論來(lái)看，0.12% 的信息采集線(xiàn)性度誤差產(chǎn)生的原因可能是標準信號源不穩定，采樣環(huán)境本身線(xiàn)性度較差。但總體上來(lái)說(shuō)對探測器檢定影響不大。根據檢定項目來(lái)看，實(shí)驗結果相對比較理想。
4 結語(yǔ)
綜上所述，對于對夾式渦街流量計的計量標準檢定裝置的研制具有必要性，目前對夾式渦街流量計的應用量大，對檢定工作提出了很高的要求，因此適合的檢定裝置是保證檢定工作順利高效展開(kāi)的關(guān)鍵，因此研制專(zhuān)門(mén)的計量檢定裝置具有顯著(zhù)的現實(shí)意義，因此在本文當中探索了一種檢定裝置的研制開(kāi)發(fā)思路，可能存在不足之處，但希望可以為對夾式渦街流量計的檢定裝置的開(kāi)發(fā)研究提供一定的參考思路。
1 引言
隨著(zhù)儀表行業(yè)的擴張，對夾式渦街流量計使用量大增，給檢定帶來(lái)了非常大的壓力，檢定工作量大，任務(wù)艱巨，因此檢定部門(mén)迫切需求先進(jìn)的標準檢定儀器，因此探索對夾式渦街流量計量檢定標準裝置的研制，具有非常顯著(zhù)的現實(shí)意義。
2 研制內容思考
本課題的研究旨在為對夾式渦街流量計量檢定標準裝置的研制提供一些可以參考的思路和方法，因此在本課題的*一部分，重點(diǎn)就研制內容進(jìn)行分析討論。因此基于對夾式渦街流量計量檢定標準裝置研制這一課題，試圖依托現行**標準，完成對對夾式渦街流量計性能指標的測試工作，對計量檢定標準裝置的系統原理、系統組成等進(jìn)行多方面的設計論證，形成具體的計量檢定標準裝置研制的具體思路。
主要內容上，*先，考慮高分辨率，多路多信號的信號采集系統，為保證檢定效率以及檢定精確度，考慮研制多路信號采集系統，實(shí)現對多個(gè)對夾式渦街流量計的信息采集。研究思路上包括多路采集電路板研制、確定通訊方式，確定電路板抗干擾方法，研究提高信號采集分辨率的方法，確定多信號通道集成的方法。多路信號通信設計使用和S P I 總線(xiàn)通訊，抗干擾方法擬采用光電隔離技術(shù)。使用信號放大器和高位 A/D 轉換芯片提高分辨率。
其次，自動(dòng)電控系統裝置，為了保證裝置對對夾式渦街流量計重復性、示值誤差、響應時(shí)間、漂移等檢定指標的檢定，需要達到標準氣體的氣壓、流量、氣路通斷、實(shí)時(shí)工況的自動(dòng)操控，因此考慮以 PLC 為主控裝置來(lái)實(shí)現電控，依托P L C 程序來(lái)完成自動(dòng)電控設計，硬件裝置上配置工作站，標準氣體氣壓和流量控制裝置。具體上以 PLC 為核心，配合電磁閥、真空裝置、繼電器、電源、通信模塊、管線(xiàn)等硬件，并設計相應的驅動(dòng)控制程序，實(shí)現自動(dòng)化的檢定控制。
3 研制方案思考
3.1 裝置工作原理
根據作業(yè)環(huán)境氣體檢測報警儀通用技術(shù)要求對計量部分的檢定要求來(lái)看，既定裝置的檢定項目包括重復性、示值誤差、響應時(shí)間、漂移等，根據這些項目，結合上文內容確定裝置的組成包括信號采集、通訊、電氣控制和控制軟件四個(gè)部分。由此組成的裝置，工作原理如下：電氣控制部分涵蓋高壓氣瓶等硬件裝置，用以控制高壓標準氣體的氣壓和流量，高壓氣瓶輸出標準氣體到傳感器，為了保證標準氣體的濃度，因此假設通過(guò)真空處理，來(lái)保證不同濃度氣體切換時(shí)濃度的穩定性，標準氣體在輸出過(guò)程當中要經(jīng)過(guò)減壓限流裝置控制標準氣體的氣壓和流量，并輸送到傳感器中。信號采集裝置將傳感器的信號采集起來(lái)并上傳至上位機，上位機部分則包括 PLC 和工作站，在這個(gè)部分通過(guò)設計的程序來(lái)完成電氣控制與數據處理上的工作，實(shí)現自動(dòng)化檢定。
3.2 研制裝置功能模塊
*先電氣控制模塊，主要任務(wù)是在 P L C 的控制下實(shí)現對減壓限流裝置的自動(dòng)控制，以此來(lái)保證輸出標準氣體的氣壓、流量，確保標準氣體有效地融入被檢定的對夾式渦街流量計當中，實(shí)現自動(dòng)控制、采集與計算。整個(gè)自動(dòng)電控系統包括 P L C、電磁閥、標準氣體儲存瓶、氣壓表、穩壓器、減壓限流裝置、公共艙體、流量計、控制電路等組成。程序方面要求 OLC 根據上位機的控制指令來(lái)完成對電磁閥的驅動(dòng)，并且要有自檢能力，同時(shí)要實(shí)現根據運算的結果，自動(dòng)發(fā)出控制指令，完成控制過(guò)程，且要具備手動(dòng)控制功能。
其次，信號采集模塊，主要任務(wù)是未來(lái)完成對對夾式渦街流量計性能指標信息的采集，為了完成這一目標，結合上文的分析來(lái)說(shuō)，采用 SPI 總線(xiàn)通訊，實(shí)現多路檢定，電路板使用信號放大器以及高位 A/D 轉換芯片來(lái)實(shí)現高分辨率的信號采集，同時(shí)利用光電隔離技術(shù)來(lái)提高抗干擾能力?？偨Y起來(lái)，信號采集模塊要實(shí)現對多種信號的集成，變換，隔離和放大，為此考慮使用單片機來(lái)進(jìn)行信息采集與處理并通過(guò)總線(xiàn)方式來(lái)上傳到主板單片機。單片機主要完成對A / D 芯片的控制以及接收芯片輸出的信號，通過(guò)編寫(xiě)相應的數據處理程序，將接收的信號處理后上傳至主板單片機。主板單片機通過(guò)必要電路與上位機通訊。
再次，通訊模塊，其主要任務(wù)在于完成電氣控制部分和上位機之間的通訊。通訊網(wǎng)絡(luò )采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)通訊技術(shù)和 USB 通訊技術(shù)，實(shí)用無(wú)線(xiàn)互聯(lián)模塊，USB 通訊上使用專(zhuān)業(yè)芯片來(lái)構建 USB 通訊。
*后工作站及 P L C 的程序設計，P L C 程序設計按照選用的 PLC 所提供的程序設計軟件進(jìn)行設計，要求滿(mǎn)足上文提出的控制要求。工作站方面是重點(diǎn)內容，要求包括用戶(hù)管理，閥門(mén)切換，儀器校準，示值誤差、重復性、響應時(shí)間、漂移等的檢定。
3.3 研制裝置成效
根據上文的思路設計研制了一款對夾式渦街流量計量檢定標準裝置，經(jīng)過(guò)后期的安裝調試后，確定其主要參數包括，測量標準電壓范圍 0 ～ 5V，分辨率 0.001V，測試標準電流范圍 4 ～ 20 毫安，分辨率 0.01 毫安，測試標準頻率范圍 0 ～ 10KHz，分辨率 1Hz。電源參數 22V/AC。適合 5 ～45 攝氏度環(huán)境。
按照這一裝置，選用多部對夾式渦街流量計進(jìn)行實(shí)驗檢定，并通過(guò)數據分析處理后得出如下結論，A / D 采集線(xiàn)性度誤差為 0.12%，基本上可以保證一定的測試準確度，因此針對對夾式渦街流量計進(jìn)行檢定實(shí)驗，結果顯示，被實(shí)驗對象探測器零點(diǎn)漂移為零，示值誤差在 0.5 ～ 0.9% 之間。示值誤差方面在不考慮其他條件的情況下誤差范圍在 -1.5 ～0.8% 之間。重復性測量誤差在 0.16 ～ 0.22% 之間。響應時(shí)間平均值在 16.37 ～ 28.84s 之間。
根據實(shí)驗結論來(lái)看，0.12% 的信息采集線(xiàn)性度誤差產(chǎn)生的原因可能是標準信號源不穩定，采樣環(huán)境本身線(xiàn)性度較差。但總體上來(lái)說(shuō)對探測器檢定影響不大。根據檢定項目來(lái)看，實(shí)驗結果相對比較理想。
4 結語(yǔ)
綜上所述，對于對夾式渦街流量計的計量標準檢定裝置的研制具有必要性，目前對夾式渦街流量計的應用量大，對檢定工作提出了很高的要求，因此適合的檢定裝置是保證檢定工作順利高效展開(kāi)的關(guān)鍵，因此研制專(zhuān)門(mén)的計量檢定裝置具有顯著(zhù)的現實(shí)意義，因此在本文當中探索了一種檢定裝置的研制開(kāi)發(fā)思路，可能存在不足之處，但希望可以為對夾式渦街流量計的檢定裝置的開(kāi)發(fā)研究提供一定的參考思路。