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關於對夾式渦街流量計行業標準裝置研製的探討
點擊次數：1894 發（fā）布時間：2021-01-06 11:22:33
【摘（zhāi）要】本文依托當前對夾式渦（wō）街流量計量檢定（dìng）方（fāng）麵的要求，根據儀（yí）表行業現狀，提出要研製（zhì）出一種更加高效的計量檢定標準裝置用於高效地進行檢定工作，因（yīn）此在本文（wén）當中提出（chū）了（le）相關（guān）的研究內容和研究（jiū）思路，希望可以為檢定裝置的研製提供參考的思路。
1 引言
隨著儀表行業的擴張，對夾（jiá）式渦街流量計使用量大增，給檢定帶來了非常大的（de）壓力，檢定工作量大，任務（wù）艱巨，因此檢定部門迫切需求先進的標準（zhǔn）檢定儀器，因此探索對夾式渦街流（liú）量計量檢定標準裝置的研製，具有非常顯著的現實意義。
2 研製內容思考
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（de）研製提供一些可以參考的（de）思路和方法，因此在本課題的*一部分（fèn），重點就研製內容進（jìn）行分（fèn）析討論。因此基於對夾式渦街流量計量檢定標準裝（zhuāng）置研製這一課題，試圖（tú）依（yī）托現行**標準，完成對對夾式渦街流量計性能指標（biāo）的測試工作，對計量檢定標準裝置的係統原理、係統組成等進行多方麵的設計論證，形成（chéng）具體的計量檢（jiǎn）定標（biāo）準裝置研製的具體思路。
主要內（nèi）容上，*先（xiān），考慮高分辨率，多路多信號的信號采集係統，為保證檢定效率以及檢定精確度（dù），考（kǎo）慮研製多路信號采集係統，實現對多（duō）個對夾式渦街流量（liàng）計的信息采集。研究思路上包括多路采集電路板研製、確定通訊方式，確定電路板抗幹擾方法，研究提高信號（hào）采集（jí）分（fèn）辨（biàn）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，抗幹擾方法擬采用光電隔離技術。使用（yòng）信（xìn）號放大器和高位 A/D 轉換芯片提高（gāo）分辨率。
其次，自動電控係統裝置，為（wéi）了保證（zhèng）裝置對對夾式渦街流量計重（chóng）複性、示（shì）值誤差、響應時間、漂移等檢定指標的檢定，需要達到標準氣體（tǐ）的氣壓、流量、氣路通斷（duàn）、實時工況（kuàng）的自動操控，因此考（kǎo）慮以 PLC 為主控裝置來實現電控，依托P L C 程序來完成自動電控（kòng）設計，硬件裝（zhuāng）置上配置工作站，標準氣體氣壓和流量控製裝置。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（mó）塊、管線等硬件，並設計相應的驅動控製程序，實現自動化的檢定控（kòng）製。
3 研製方案思考
3.1 裝（zhuāng）置工作（zuò）原理（lǐ）
根據作（zuò）業環境氣體檢測報警儀通用技術要求對計量部分的檢定要求來看（kàn），既定裝置的檢定項目包（bāo）括重複性、示（shì）值誤差、響應時間、漂移等，根據這些（xiē）項目，結合上（shàng）文內容確定裝置的組成包括信號采（cǎi）集、通訊、電氣控製和控製軟件四個部分。由此組成的裝置，工作原理如（rú）下：電氣控製部分涵（hán）蓋高（gāo）壓氣瓶等硬件（jiàn）裝置，用（yòng）以控製高（gāo）壓標準氣體的氣壓和流量，高壓氣（qì）瓶輸出標準（zhǔn）氣體到（dào）傳感器，為了保證標準氣（qì）體的濃度，因此假設通（tōng）過（guò）真空處理，來保證不同濃度氣體切（qiē）換時濃度的穩（wěn）定（dìng）性，標準氣體在輸出過程當中要經過減壓限流裝（zhuāng）置控製標準氣體的氣（qì）壓和流（liú）量，並輸送到傳（chuán）感器中。信號采集裝（zhuāng）置將傳感器的信號采集起來並上傳至上位機（jī），上位機部分則包括 PLC 和（hé）工作站，在這個部分通過設（shè）計（jì）的程序來（lái）完成電氣控製與數據處理上的工作，實現自動化檢定（dìng）。
3.2 研製裝置功能模塊
*先電氣（qì）控製模塊，主要任務是在 P L C 的控製下實現對減壓限流（liú）裝置（zhì）的自動控製，以此來保證輸出標準氣體的氣壓、流（liú）量，確（què）保標準（zhǔn）氣體有效地融入（rù）被檢定的對夾式渦街流量計當（dāng）中，實現自動控（kòng）製、采集與（yǔ）計算。整個自動電控係統包括 P L C、電磁（cí）閥、標準氣體儲存瓶、氣壓表、穩壓器、減壓限流裝置、公共艙（cāng）體（tǐ）、流量計、控製電路等組成（chéng）。程序方麵要求 OLC 根據上位機的控製指令來完成對電磁閥的驅動，並且要有自檢能（néng）力，同（tóng）時要（yào）實現根據運算的結果，自動發出控製指令，完成（chéng）控製過程，且要（yào）具（jù）備手動控製功能。
其次，信號采（cǎi）集模塊，主要任務是未來完成對對夾式（shì）渦街流量計性能指（zhǐ）標信息（xī）的采集，為了完成這一目標，結合上文的分析來說，采用（yòng） SPI 總線（xiàn）通訊，實（shí）現多路檢定，電路板使（shǐ）用信（xìn）號放大（dà）器以及高位 A/D 轉換芯片來實現高分辨率的信號采集，同時（shí）利用（yòng）光電隔離技術來提高抗幹擾能力。總結起來，信號采集模塊要實現對（duì）多種信號的集成，變（biàn）換，隔離和放大，為此考慮使用單片機來進行信息采集與處理並通過總線方式來上傳到主板單片機。單片機主要完成對A / D 芯片的控（kòng）製以及（jí）接收芯片輸出的信號，通過編寫（xiě）相應（yīng）的數據（jù）處理程（chéng）序，將接收的信號處（chù）理後上傳至主板單片機。主（zhǔ）板單片（piàn）機通過必要（yào）電路與上位機（jī）通訊（xùn）。
再次，通（tōng）訊模塊，其主要任務在於（yú）完成電氣控製部（bù）分和上位機之間的通訊（xùn）。通訊網絡采用無線網絡互聯通（tōng）訊技術和 USB 通訊技術，實用無線互（hù）聯模塊，USB 通訊上使（shǐ）用專業芯片來構建 USB 通訊。
*後（hòu）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（jì）軟件進行設計，要求滿足上文提出的控製要（yào）求。工作站（zhàn）方麵是重點內容，要求包括用戶管理，閥門切換，儀器校準，示值誤差、重（chóng）複性、響應時間、漂移等的檢定。
3.3 研製裝置（zhì）成（chéng）效
根據上文的思路設計研製了一款對夾式渦街（jiē）流量計量檢定標準裝置（zhì），經過（guò）後期的安（ān）裝調試後，確定其主要（yào）參數包括，測量標準電壓範圍 0 ～ 5V，分辨率（lǜ） 0.001V，測試標準電流範圍 4 ～ 20 毫安，分辨率 0.01 毫安，測試標準頻率範圍 0 ～ 10KHz，分辨率 1Hz。電源參數 22V/AC。適合 5 ～45 攝氏度環（huán）境。
按（àn）照這一裝置，選用多部對夾式（shì）渦街流量計進行實驗檢定，並通過數據分析處理後（hòu）得出如下結論，A / D 采集線性度誤差為 0.12%，基本上可以保證一（yī）定的測試準確度，因此針對對夾式渦街流量計（jì）進行檢定實驗，結（jié）果顯示，被實驗對象探測器零（líng）點漂移（yí）為零，示值誤差在 0.5 ～ 0.9% 之間。示值誤差方麵在不考慮其他條件的情況下誤差範圍（wéi）在 -1.5 ～0.8% 之（zhī）間。重複性測量誤差在 0.16 ～ 0.22% 之間。響應時間平均值在 16.37 ～ 28.84s 之間。
根據實驗結論來看（kàn），0.12% 的信息采集線性度誤差產（chǎn）生的原因（yīn）可能是標準信（xìn）號源不穩定，采樣環境本（běn）身線性度較差（chà）。但總體上來（lái）說對探測器檢定影響不大。根據檢定項目來看（kàn），實驗結果相對比較理想。
4 結語
綜上所述，對於對夾式渦街流量計的計（jì）量標準檢定裝（zhuāng）置的研製具有必要性，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（de）檢定裝置是保證檢定工（gōng）作順利高（gāo）效展開的關鍵，因此研製專門的計量檢定（dìng）裝置（zhì）具有顯著的現實意義，因此在本文當中（zhōng）探索了一種檢定裝置的研製開發思路，可能存在不足之處，但希望（wàng）可以為對夾（jiá）式渦街流量計的檢定裝置的開發研究提供一定的參考思路。
1 引言
隨著儀表行業的擴張，對夾（jiá）式渦街流量計使用量大增，給檢定帶來了非常大的（de）壓力，檢定工作量大，任務（wù）艱巨，因此檢定部門迫切需求先進的標準（zhǔn）檢定儀器，因此探索對夾式渦街流（liú）量計量檢定標準裝置的研製，具有非常顯著的現實意義。
2 研製內容思考
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（de）研製提供一些可以參考的（de）思路和方法，因此在本課題的*一部分（fèn），重點就研製內容進（jìn）行分（fèn）析討論。因此基於對夾式渦街流量計量檢定標準裝（zhuāng）置研製這一課題，試圖（tú）依（yī）托現行**標準，完成對對夾式渦街流量計性能指標（biāo）的測試工作，對計量檢定標準裝置的係統原理、係統組成等進行多方麵的設計論證，形成（chéng）具體的計量檢（jiǎn）定標（biāo）準裝置研製的具體思路。
主要內（nèi）容上，*先（xiān），考慮高分辨率，多路多信號的信號采集係統，為保證檢定效率以及檢定精確度（dù），考（kǎo）慮研製多路信號采集係統，實現對多（duō）個對夾式渦街流量（liàng）計的信息采集。研究思路上包括多路采集電路板研製、確定通訊方式，確定電路板抗幹擾方法，研究提高信號（hào）采集（jí）分（fèn）辨（biàn）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，抗幹擾方法擬采用光電隔離技術。使用（yòng）信（xìn）號放大器和高位 A/D 轉換芯片提高（gāo）分辨率。
其次，自動電控係統裝置，為（wéi）了保證（zhèng）裝置對對夾式渦街流量計重（chóng）複性、示（shì）值誤差、響應時間、漂移等檢定指標的檢定，需要達到標準氣體（tǐ）的氣壓、流量、氣路通斷（duàn）、實時工況（kuàng）的自動操控，因此考（kǎo）慮以 PLC 為主控裝置來實現電控，依托P L C 程序來完成自動電控（kòng）設計，硬件裝（zhuāng）置上配置工作站，標準氣體氣壓和流量控製裝置。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（mó）塊、管線等硬件，並設計相應的驅動控製程序，實現自動化的檢定控（kòng）製。
3 研製方案思考
3.1 裝（zhuāng）置工作（zuò）原理（lǐ）
根據作（zuò）業環境氣體檢測報警儀通用技術要求對計量部分的檢定要求來看（kàn），既定裝置的檢定項目包（bāo）括重複性、示（shì）值誤差、響應時間、漂移等，根據這些（xiē）項目，結合上（shàng）文內容確定裝置的組成包括信號采（cǎi）集、通訊、電氣控製和控製軟件四個部分。由此組成的裝置，工作原理如（rú）下：電氣控製部分涵（hán）蓋高（gāo）壓氣瓶等硬件（jiàn）裝置，用（yòng）以控製高（gāo）壓標準氣體的氣壓和流量，高壓氣（qì）瓶輸出標準（zhǔn）氣體到（dào）傳感器，為了保證標準氣（qì）體的濃度，因此假設通（tōng）過（guò）真空處理，來保證不同濃度氣體切（qiē）換時濃度的穩（wěn）定（dìng）性，標準氣體在輸出過程當中要經過減壓限流裝（zhuāng）置控製標準氣體的氣（qì）壓和流（liú）量，並輸送到傳（chuán）感器中。信號采集裝（zhuāng）置將傳感器的信號采集起來並上傳至上位機（jī），上位機部分則包括 PLC 和（hé）工作站，在這個部分通過設（shè）計（jì）的程序來（lái）完成電氣控製與數據處理上的工作，實現自動化檢定（dìng）。
3.2 研製裝置功能模塊
*先電氣（qì）控製模塊，主要任務是在 P L C 的控製下實現對減壓限流（liú）裝置（zhì）的自動控製，以此來保證輸出標準氣體的氣壓、流（liú）量，確（què）保標準（zhǔn）氣體有效地融入（rù）被檢定的對夾式渦街流量計當（dāng）中，實現自動控（kòng）製、采集與（yǔ）計算。整個自動電控係統包括 P L C、電磁（cí）閥、標準氣體儲存瓶、氣壓表、穩壓器、減壓限流裝置、公共艙（cāng）體（tǐ）、流量計、控製電路等組成（chéng）。程序方麵要求 OLC 根據上位機的控製指令來完成對電磁閥的驅動，並且要有自檢能（néng）力，同（tóng）時要（yào）實現根據運算的結果，自動發出控製指令，完成（chéng）控製過程，且要（yào）具（jù）備手動控製功能。
其次，信號采（cǎi）集模塊，主要任務是未來完成對對夾式（shì）渦街流量計性能指（zhǐ）標信息（xī）的采集，為了完成這一目標，結合上文的分析來說，采用（yòng） SPI 總線（xiàn）通訊，實（shí）現多路檢定，電路板使（shǐ）用信（xìn）號放大（dà）器以及高位 A/D 轉換芯片來實現高分辨率的信號采集，同時（shí）利用（yòng）光電隔離技術來提高抗幹擾能力。總結起來，信號采集模塊要實現對（duì）多種信號的集成，變（biàn）換，隔離和放大，為此考慮使用單片機來進行信息采集與處理並通過總線方式來上傳到主板單片機。單片機主要完成對A / D 芯片的控（kòng）製以及（jí）接收芯片輸出的信號，通過編寫（xiě）相應（yīng）的數據（jù）處理程（chéng）序，將接收的信號處（chù）理後上傳至主板單片機。主（zhǔ）板單片（piàn）機通過必要（yào）電路與上位機（jī）通訊（xùn）。
再次，通（tōng）訊模塊，其主要任務在於（yú）完成電氣控製部（bù）分和上位機之間的通訊（xùn）。通訊網絡采用無線網絡互聯通（tōng）訊技術和 USB 通訊技術，實用無線互（hù）聯模塊，USB 通訊上使（shǐ）用專業芯片來構建 USB 通訊。
*後（hòu）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（jì）軟件進行設計，要求滿足上文提出的控製要（yào）求。工作站（zhàn）方麵是重點內容，要求包括用戶管理，閥門切換，儀器校準，示值誤差、重（chóng）複性、響應時間、漂移等的檢定。
3.3 研製裝置（zhì）成（chéng）效
根據上文的思路設計研製了一款對夾式渦街（jiē）流量計量檢定標準裝置（zhì），經過（guò）後期的安（ān）裝調試後，確定其主要（yào）參數包括，測量標準電壓範圍 0 ～ 5V，分辨率（lǜ） 0.001V，測試標準電流範圍 4 ～ 20 毫安，分辨率 0.01 毫安，測試標準頻率範圍 0 ～ 10KHz，分辨率 1Hz。電源參數 22V/AC。適合 5 ～45 攝氏度環（huán）境。
按（àn）照這一裝置，選用多部對夾式（shì）渦街流量計進行實驗檢定，並通過數據分析處理後（hòu）得出如下結論，A / D 采集線性度誤差為 0.12%，基本上可以保證一（yī）定的測試準確度，因此針對對夾式渦街流量計（jì）進行檢定實驗，結（jié）果顯示，被實驗對象探測器零（líng）點漂移（yí）為零，示值誤差在 0.5 ～ 0.9% 之間。示值誤差方麵在不考慮其他條件的情況下誤差範圍（wéi）在 -1.5 ～0.8% 之（zhī）間。重複性測量誤差在 0.16 ～ 0.22% 之間。響應時間平均值在 16.37 ～ 28.84s 之間。
根據實驗結論來看（kàn），0.12% 的信息采集線性度誤差產（chǎn）生的原因（yīn）可能是標準信（xìn）號源不穩定，采樣環境本（běn）身線性度較差（chà）。但總體上來（lái）說對探測器檢定影響不大。根據檢定項目來看（kàn），實驗結果相對比較理想。
4 結語
綜上所述，對於對夾式渦街流量計的計（jì）量標準檢定裝（zhuāng）置的研製具有必要性，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（de）檢定裝置是保證檢定工（gōng）作順利高（gāo）效展開的關鍵，因此研製專門的計量檢定（dìng）裝置（zhì）具有顯著的現實意義，因此在本文當中（zhōng）探索了一種檢定裝置的研製開發思路，可能存在不足之處，但希望（wàng）可以為對夾（jiá）式渦街流量計的檢定裝置的開發研究提供一定的參考思路。