摘要:基于水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置計算機控制系統(tǒng)，研究開發(fā)金屬管浮子流量計的性能測試與檢定實驗。硬件采用數(shù)字量采集卡7505、脈沖量采集卡7606,對流量標(biāo)準(zhǔn)裝置.上各種信號進行控制，并實時采集測試、檢定數(shù)據(jù)。通過軟件編程，對測試、檢定結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理、曲線擬合。實驗表明，實驗者運用所學(xué)流體力學(xué)、檢測技術(shù)、誤差理論等方面的知識，對金屬管浮子流量計進行性能測試、檢定、誤差計算;并通過實驗掌握三次曲線擬合在浮子流量計非線性特性處理上的應(yīng)用。
流量的正確測量與國民經(jīng)濟、國防建設(shè)、科學(xué)研究等諸多領(lǐng)域有著密切關(guān)系,對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、促進科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起著非常重要的作用。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,對完成流量測量的流量計提出了更高的要求。因此,本實驗室研究開發(fā)了基于計算機的金屬管浮子流量計檢定實驗系統(tǒng),實現(xiàn)了對金屬管浮子流量計的性能測試和檢定,達到了金屬管浮子流量計在實際應(yīng)用中的正確定位的目的。
1計算機控制系統(tǒng)的構(gòu)成
　　水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置計算機控制系統(tǒng)舊由計算機、高位水塔、流量實驗裝置、被檢表(金屬管浮子流量計)等組成。水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置計算機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
 
通觀整個控制系統(tǒng),得知:
　　計算機通過數(shù)字量采集卡7505完成電磁閥的開/關(guān)信號、換向器的開/關(guān)信號及底閥的開/關(guān)信號控制，標(biāo)準(zhǔn)表的脈沖信號通過7606采集卡采人計算，電子秤讀數(shù)信號通過RS232串行通訊接口與計算機進行通訊。3]通過軟件編程,[45]對檢定測試結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理、線性擬合等。
　　高位水塔起穩(wěn)定水頭作用,保證整個實驗過程的流量穩(wěn)定。標(biāo)準(zhǔn)表和被檢表串聯(lián)在實驗管路中,根據(jù)流體流動連續(xù)性原理，在定常流動下,流過它們的流量是相等的。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)砝碼調(diào)校電子秤可使其精度比標(biāo)準(zhǔn)表精度高出3倍,因此用稱重法檢定標(biāo)準(zhǔn)表,然后再用標(biāo)準(zhǔn)表檢定被校表。用稱重法檢定儀表朔源性好,但工作效率低,故-一般實驗用標(biāo)準(zhǔn)表進行,并定期對標(biāo)準(zhǔn)表進行檢定。
2水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置
　　實驗裝置結(jié)構(gòu)圖如圖2所示:
 
　　工作過程:用水泵將水池中的水打入水塔,在整個實驗過程中使水塔處于溢流狀態(tài)，以保證系統(tǒng)的壓頭不變。待水流穩(wěn)定后,打開截止閥,水通過標(biāo)準(zhǔn)表、上游直管段、被檢流量計、下游直管段、夾表器、調(diào)節(jié)閥、換向器,流出實驗管路。
3金屬管浮子流量計檢定實驗研究
　　浮子流量傳感器又稱轉(zhuǎn)子流量傳感器。本實驗室用到的被檢定浮子流量計是金屬管浮子流量計,而金屬管浮子流量計的檢定實驗是流量檢測技術(shù)實驗的重點，也是本控制系統(tǒng)設(shè)計的重點。
　　金屬管浮子流量計引入計算機技術(shù)取代凸輪機械結(jié)構(gòu)進行流量計算,將流量信號通過傳感器、轉(zhuǎn)換器由數(shù)字液晶顯示出來，并通過鍵盤置人密度、溫度、壓力等工況參數(shù),具有智能化、高精度、使用方便、工作可靠等特點。
　　流量傳感器是將非電量的流量信號轉(zhuǎn)化為電量信號的感應(yīng)裝置,金屬管轉(zhuǎn)子流量計輸出的則是電壓信號。由于其流量-電壓特性有較強的非線性,常用最小二乘法對其進行三次曲線擬合。
3.1實驗原理
　　金屬管浮子流量計管體由錐管和浮子組成,當(dāng)流體自下而上流人錐管時,被浮子節(jié)流,當(dāng)流體作用在浮子的動壓力、浮子在流體中的浮力、浮子的重力達到平衡時，浮子就平穩(wěn)地浮在錐管內(nèi)某-位置上。浮子在錐管中的位置與流體流經(jīng)錐管流量的大小一對應(yīng)。其浮子位置高度是由角位移傳感器檢測并轉(zhuǎn)換成電壓信號。因此,某一個流量點Q對應(yīng)一個電壓值,實驗要求在各流量點下正反行程各進行3次實驗,將其平均值作為輸出電壓V。用實驗數(shù)據(jù)擬合出Q~Vo的關(guān)系式，再次進流量檢定實驗,以驗證擬合公式的擬合精度。
3.2金屬管浮子流量計性能測試
　　在浮子流量計的流量范圍內(nèi)選擇6~7個流量點(最好是均勻分布的,且由標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計讀取),調(diào)節(jié)閥廣]達到所要求的流量值點Q(瞬時流量m'/h),測出與流量點Q對應(yīng)的浮子輸出電壓V(從浮子的液晶顯示上讀得)。
從小流量向大流量測量稱正行程,反之稱反行程。正反行程各3次,當(dāng)測量數(shù)據(jù)全部測量完成時,計算機自動將各流量點的電壓平均值V計算出來。
3.3擬合曲線Q~V0
　　根據(jù)圖3檢定測試的數(shù)據(jù)，在圖3窗口按[報臺計算機自動完成用最小二乘法擬合3次曲線91(實質(zhì)為:若擬合n次曲線,則n+1個待定系數(shù),需解n+1元一次線性方程組,此程序用高斯消去法求解),求得浮子電壓一流量特性曲線如圖4,并得出擬合公式。
 
3.4金屬管浮子流量計的檢定
　　再次選定5~6個流量點進行測試,將這些點的浮子流量計的輸出電壓代人擬合公式,計算出通過浮子的流量。金屬管浮子流量計的檢定計算結(jié)果如圖5所示。在圖5中，渦輪流量是指標(biāo)準(zhǔn)表流量，擬合曲線流量指將浮子電壓帶人3次擬合曲線公式后計算得到的浮子流量計的流量。
　　將浮子流量計的流量Q與標(biāo)準(zhǔn)表測得的流量Qo帶人計算滿度誤差[10公式(2),進而求得對應(yīng)的滿度誤差E,并找出最大滿度誤差Emax。
 
4結(jié)語
　　隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,高等教育的深化改革,教學(xué)質(zhì)量的不斷提高,原有的實驗設(shè)備就顯得落后了。在原有的高位水塔的基礎(chǔ)上,對實驗設(shè)備進行了改造和擴建。除了保留稱重顯示儀以獲取電子秤的讀數(shù),其余工作如定時、控制換向器動作、控制底閥開關(guān)、脈沖計數(shù)等都由計算機完成。實驗中做到實時控制、實時采集數(shù)據(jù),并及時對數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的計算、處理。用一臺計算機取代了原來繁多的儀器儀表,這使得系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)趨于簡單,自動化程度更高,實驗手段更加先進,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生通過實驗過程，不僅對這門]課加深了理解,而且對本專業(yè)其他課加以應(yīng)用;拓寬了知識面,感受到了計算機控制系統(tǒng)在流量測量領(lǐng)域中的實際應(yīng)用。同時，基于計算機的金屬管浮子流量計檢定實驗系統(tǒng)的建成，為自動化專業(yè)以及從事流量測量方面的研究人員提供了一個良好的實驗平臺。

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