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技术文章  

涡轮流量计脉冲信号系数的两种实现方法


发布日期:2020-06-03 点击:1013次
  流量是工业生产过程检测控制中的一个重要参数,目前,用于流量测量的流量计型式多种多样,而脉冲信号输出的涡轮流量计的应用越来越广泛,本文就脉冲信号流量计检定/校准中,其仪表系数k的两种实现方法进行分析。
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

  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

  在流量计的检定中,通常用涡轮流量计仪表系数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。

  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

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,则

  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

  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、涡轮流量计仪表系数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,visual c 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。
  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)。

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,涡轮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。
  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。

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,涡轮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)。
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