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脉冲信号流量计仪表系数的两种实现方法

发布时间:2015-04-25  浏览:2079次  字号:  

    一、脉冲信号流量计仪表系数K的定义

    流量计输出为脉冲信号时,该脉冲信号的频率f与流过管道的体积流量qv成正比,其比例系数即为流量计的仪表系数K,即

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    在同一时间内,流量计发出的脉冲数N与流过管道的流体体积V成正比,其比例系数也为流量计的仪表系数K,即

    流量计信息网内容图片  (2)

    在流量计的检定中,通常用流量计仪表系数K的误差来评价流量计的准确度等级。我所研制了主动式体积管油流量标准装置,用来完成各式流量计的检定/校准工作。该装置的测量原理图如图1所示。

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图1 油流量标准装置测量原理图

    电机驱动油缸内活塞产生需要的平稳流量,流经被检流量计后回到油箱,流过被检流量计的流体体积qv用活塞横截面积A乘以活塞移动距离l,l用光栅来测量。被检流量计的脉冲信号通过数据采集卡采集。

    二、脉冲信号流量计仪表系数K的测定原理

    相同时间t内,根据式(2)可得

    流量计信息网内容图片   (3)

    式中:l———单位时间t内,流体流过的距离;l1——光栅每个输出脉冲对应的距离;A——流体截面积;N2——光栅输出脉冲数;N1——流量计输出脉冲数。

    因为l1、A是固定值,记流量计信息网内容图片,则

    流量计信息网内容图片    (4)

    K系数的测定转化为同一时间内流量计脉冲数和光栅脉冲数的测定。

    另外,根据式(1)可得

    流量计信息网内容图片   (5)

    式中:f1——流量计的输出频率;f2——光栅脉冲频率。

    因此,K系数的测定又转化为流量计输出频率f1和光栅脉冲频率f2的测量。

    三、仪表系数K的两种实现方法

    1.软件实现测量

    根据式(4),如图2所示,定时脉冲上升沿触发流量计脉冲和光栅脉冲开始计数,下降沿触发二者停止计数。该方法实现的系统环境为:带ISA插槽工控机,Windows98系统,VisualC++编程语言,中科院数据采集卡。实现K系数测量时,根据流量计准确度给出预计流量计脉冲数,工控机发出开始测量信号,同时读取流量计脉冲计数器和光栅脉冲计数器的读数,并且定时器清零,然后实时查询流量计脉冲计数器读数,待该计数器值大于或等于预计流量计脉冲数时,停止计数,同时记录光栅脉冲计数器值和定时器值。由实验得到,软件查询执行引起的误差可以忽略不计。由于这种方法是在同一时间内,直接测量流量计和光栅脉冲数,每次测量有一个脉冲的误差,所以,测量准确度和所计脉冲个数有关,如果计1000个脉冲,测量的相对误差为0.1%,记的脉冲个数越多,测量的准确度越高,相对应的测量时间就越长。显然,这种方法不能保证记录t时间内流量计脉冲和光栅脉冲的整数个脉冲。

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图2 软件实现测量原理图

    以0.2级脉冲流量计为例,测量结果如表1所示(预计流量计脉冲数5000)。

表1 测量结果

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    2.硬件实现双频计时

    根据式(5),流量计频率和光栅频率的测量不要求完全同步,即以牺牲同步获得频率测量的准确性。相对于流量计脉冲和光栅脉冲来说,计时脉冲是一个10MHz高频脉冲,保证测时准确度,用来分别测时T1和T2,测量误差为10-7。计时脉冲1在启/停脉冲上升沿后,流量计脉冲的第一个上升沿触发,计时器脉冲2在启/停脉冲上升沿后,光栅脉冲的第一个上升沿触发,计时脉冲1在启/停脉冲下降沿后,流量计的第一个上升沿停止计时T1,计时脉冲2在启/停脉冲下降沿后,光栅脉冲的第一个上升沿停止计时T2。这样保证分别在T1、T2时间内,记录的流量计脉冲和光栅脉冲是完整个数,如图3所示。

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图3 双频计时原理图1

    这种方法的优点是,当流量计输出频率很小时,可以在大于流量计脉冲周期的时间内,精确测量流量计脉冲频率和光栅脉冲频率。

    自动实现双计时法时,操作者通过计算机设置流量计脉冲数,通过流量计脉冲计数器溢出信号来停止测量。

    原理如图4所示。

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图4 双频计时原理图2

    具体实现过程如下:

    (1)设定预计流量计脉冲数N,则N1=N,流量计脉冲计数器设置减计数,光栅脉冲计数器设置增计数,初始值为1。

    (2)计算机发出启动控制信号,高电平。

    (3)流量计脉冲、光栅脉冲的第一个上升沿,计时脉冲1、计时脉冲2分别开始计时。

    (4)当N1=0时,流量计脉冲计数器溢出标志输出信号,测量停止,计时脉冲1停止测量。

    (5)光栅脉冲计数器在溢出标志输出之后的下一个上升沿停止计数测量,同时计时器2停止计时。

    由于多个计数器计数,双频计时实现K系数测量时,预计流量计脉冲数不少于3个。以0.2级脉冲流量计为例,测量结果如表2所示(预计流量计脉冲数50)。

表2 测量结果

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