摘要:該實(shí)驗(yàn)基于流量標(biāo)準(zhǔn)裝置計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，開發(fā)渦輪流量傳感器的檢定實(shí)驗(yàn)。學(xué)生運(yùn)用所學(xué)流體力學(xué)、檢測技術(shù)、誤差理論、數(shù)據(jù)處理等多方面知識，實(shí)現(xiàn)對渦輪流量傳感器性能測試、檢定和誤差分析。
渦輪流量傳感器是一種速度式流量儀表,它利用置于流體中的葉輪旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成比例的關(guān)系,測量葉輪的速度來反映通過管道的體積流量大小,是目前流量儀表中比較成熟的儀表。傳感器輸出的脈沖信號可以單獨(dú)與計(jì)算機(jī)連接,由計(jì)算機(jī)代替流量顯示儀表，實(shí)現(xiàn)密度溫度或壓力補(bǔ)償以及瞬時(shí)流量和累計(jì)流量計(jì)算。本研究開發(fā)的渦輪流量傳感器的測試和檢定實(shí)驗(yàn)就是在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的,從而確定其儀表系數(shù)大小,檢驗(yàn)重復(fù)性、線性度是否達(dá)到要求,誤差是否在要求的范圍內(nèi)等.
對控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)來講,渦輪流量計(jì)的檢定應(yīng)注意如下兩點(diǎn)技術(shù)要求:
(1)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的誤差應(yīng)不超過被檢傳感器基本誤差限的1/2;
(2)裝置的容量足夠大,至少保證一次檢定中脈沖計(jì)數(shù)器相對誤差絕對值不超過被檢傳感器重復(fù)性的1/5.
1.實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)及原理
如圖1所示,高位水塔起穩(wěn)定水頭作用,使整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中流量穩(wěn)定。標(biāo)準(zhǔn)表和被檢表串聯(lián)在實(shí)驗(yàn)管路中,根據(jù)流體流動連續(xù)性原理,在定常流動下,流過的流量是相等的,用標(biāo)準(zhǔn)砝碼調(diào)校電子稱至三千分之一精度,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信號,但工作效率低,故平時(shí)實(shí)驗(yàn)一般用標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行,并定期對標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行檢定。計(jì)算機(jī)完成整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)處理和分析。
2檢定項(xiàng)目和檢定方法
(1)將傳感器安裝在滿足其上下游直管段的被檢臺位上,在流量70%~100%之間至少運(yùn)行5min.后,方可進(jìn)行檢定。
α一傳感器的范圍度;
qmax一傳感器的流量上限值;
qmin一傳感器的流量下限值。
當(dāng)α≤5時(shí),檢定點(diǎn)應(yīng)包括qmax;和qmin在內(nèi)的至少5個(gè)檢定點(diǎn)且均勻分布。
當(dāng)5<α≤10時(shí),檢定點(diǎn)應(yīng)包括qmin,0.25qmax,0.40qmax，0.70qmax和qmax。
當(dāng)α>10時(shí),除上述檢定點(diǎn)外,如果Q07qmax和0.10qmax在流量范圍內(nèi),也應(yīng)增為檢定點(diǎn)。
(3)每個(gè)檢定點(diǎn)至少檢定三次;每次檢定過程中,檢定流量與兩條規(guī)定的該檢定點(diǎn)流量相比,其變化不應(yīng)超過±4%;每次檢定中,除讀取并記錄傳感器脈沖數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)器的示值外，還應(yīng)根據(jù)需要,測量并記錄流體溫度表壓力大氣壓力和檢定時(shí)間等。
(4)計(jì)算檢定時(shí)測得的標(biāo)準(zhǔn)器測得的實(shí)際體積:
①質(zhì)量法:
Vij一第i檢定點(diǎn)第j次檢定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)器處的液體實(shí)際體積(m3);
M一第i檢定點(diǎn)第j次檢定時(shí)秤指示的液體質(zhì)量(kg);
ρ一第i檢定點(diǎn)第j次檢定時(shí)測得標(biāo)準(zhǔn)器處的液體密度;
Cf一浮力修正系數(shù)
②標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法:
Vif一第i檢定點(diǎn)第j次檢定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)器處的液體.實(shí)際體積(m3);
Vi一第i檢定點(diǎn)第j次檢定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)器讀出體積;
C一第i檢定點(diǎn)第j次檢定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的修正系數(shù)。
(5)傳感器的系數(shù)K
①計(jì)算傳感器在檢定溫度和壓力條件下的系數(shù)K。
②計(jì)算每個(gè)檢定點(diǎn)每次檢定的系數(shù)K。
Nij一第i檢定點(diǎn)第j次檢定時(shí)測得傳感器的脈沖數(shù);
Kij一第i檢定點(diǎn)第j次檢定時(shí)所得的系數(shù)K(m³)-1;
③計(jì)算每個(gè)檢定點(diǎn)的系數(shù)K
式中:δ一傳感器的基本誤差;
δ2一傳感器的線性度;
Δ0一裝置的誤差,該誤差若不超出被檢傳感器基本誤差限的三分之一,可忽略不計(jì)
⑦傳感器的重復(fù)性
計(jì)算每個(gè)檢定點(diǎn)的重復(fù)性:
3軟件設(shè)計(jì)
(1)程序主界面
程序主界面包含四個(gè)下拉菜單,點(diǎn)擊即可進(jìn)入相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)界面,各實(shí)驗(yàn)界面運(yùn)行時(shí),作為子窗體均包含在主窗體中。主界面如圖2所示。
(2)參數(shù)設(shè)置窗體
①儀表編號:每塊表的儀表編號應(yīng)該是唯一的,在數(shù)據(jù)庫中作為彼此區(qū)分的關(guān)鍵字存在，數(shù)據(jù)查詢窗體中輸入所需查詢的儀表編號,即可得到曾經(jīng)的歷史實(shí)驗(yàn)記錄。
②儀表口徑:在本套小流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中,可以檢定的標(biāo)準(zhǔn)渦輪口徑有4mm、6mm.10mm三種,通過下拉列表框(CamboBox)來實(shí)現(xiàn)。如圖3所示。
③最大最小流量:通過它來規(guī)定渦輪的流量范圍,在檢定過程中通過流量范圍來確定被檢流量點(diǎn)
④被檢流量點(diǎn)數(shù):一般選5點(diǎn),流量范圍量程比大于10的則選7點(diǎn)。
⑤每點(diǎn)檢測次數(shù):每點(diǎn)一般檢定3次
⑥標(biāo)準(zhǔn)裝置精度:按照微小誤差原理，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)裝置精度δ和被檢表精度δ1有:
標(biāo)準(zhǔn)裝置誤差可忽略不計(jì),否則不可進(jìn)行檢定。
⑦“確定按鈕:按下它進(jìn)入流量點(diǎn)選擇界面。
⑧"退出”按鈕:按下它退出當(dāng)前界面,回到主界面
(3)流量點(diǎn)選擇窗體
前面提到流量點(diǎn)有可能是5點(diǎn),也有可能是7點(diǎn)。所以干脆采用列表框列出所有7點(diǎn),根據(jù)實(shí)際流量范圍需要來進(jìn)行選擇。單擊取消按鈕返回上一頁,單擊確定按鈕進(jìn)入檢定界面。
(4)檢定界面
此窗體主要作用及實(shí)現(xiàn)方法有:
①調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥到所需流量點(diǎn)。軟件調(diào)用動態(tài)鏈.接庫中tineGetTime函數(shù)定時(shí)一秒鐘,采入其間標(biāo)準(zhǔn)表脈沖數(shù),計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)表在一秒內(nèi)的累積流量作為裝置的瞬時(shí)流量。
②待流量穩(wěn)定后,計(jì)算被校表的流量。軟件同樣是采用軟件調(diào)用動態(tài)鏈接庫中timeGetTime函數(shù)定時(shí),采入其間被校表脈沖數(shù),計(jì)算被校表此間的累積流量。定時(shí)時(shí)間為裝置的最小測量時(shí)間。檢定過程中用進(jìn)度條顯示進(jìn)度。每次檢定結(jié)束用彈出消息框顯示標(biāo)準(zhǔn)表脈沖數(shù),被校表脈沖數(shù)及儀表系數(shù)。
③做完所有流量點(diǎn)的測量后,計(jì)算被校表的儀.表系數(shù)線性度及重復(fù)性。其計(jì)算方法在“檢定項(xiàng)目和檢定方法沖有詳細(xì)介紹。
④將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫,留待以后查詢和打印所需。此步驟通過調(diào)用模塊中標(biāo)準(zhǔn)表法標(biāo)定數(shù)據(jù)寫入子程序來完成。
5結(jié)束語
本套流量標(biāo)準(zhǔn)裝置計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),除以上渦輪流量傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn)外，還可開發(fā)出多種流量傳感器檢定實(shí)驗(yàn),使同學(xué)們在檢測技術(shù)領(lǐng)域接觸更新的知識。隨著教學(xué)改革的不斷發(fā)展,我們將繼續(xù)努力,更新更多的實(shí)驗(yàn)。
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