摘要:該實驗基于流量標準裝置計算機控制系統，開發渦輪流量傳感器的檢定實驗。學生運用所學流體力學、檢測技術、誤差理論、數據處理等多方面知識，實現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角速度與流體流速成比例的關系,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與計算機連接,由計算機代替流量顯示儀表，實現密度溫度或壓力補償以及瞬時流量和累計流量計算。本研究開發的渦輪流量傳感器的測試和檢定實驗就是在流量標準裝置計算機控制系統中實現的,從而確定其儀表系數大小,檢驗重復性、線性度是否達到要求,誤差是否在要求的范圍內等.
對控制系統設計來講,渦輪流量計的檢定應注意如下兩點技術要求:
(1)流量標準裝置的誤差應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數器相對誤差絕對值不超過被檢傳感器重復性的1/5.
1.實驗裝置結構及原理
如圖1所示,高位水塔起穩定水頭作用,使整個實驗過程中流量穩定。標準表和被檢表串聯在實驗管路中,根據流體流動連續性原理,在定常流動下,流過的流量是相等的,用標準砝碼調校電子稱至三千分之一精度,用稱重法檢定標準表,然后,再用標準表檢定被校表,用稱重法檢定儀表朔源信號,但工作效率低,故平時實驗一般用標準表進行,并定期對標準表進行檢定。計算機完成整個系統的數據采集系統控制數據處理和分析。
2檢定項目和檢定方法
(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%之間至少運行5min.后,方可進行檢定。
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α≤5時,檢定點應包括qmax;和qmin在內的至少5個檢定點且均勻分布。
當5<α≤10時,檢定點應包括qmin,0.25qmax,0.40qmax，0.70qmax和qmax。
當α>10時,除上述檢定點外,如果Q07qmax和0.10qmax在流量范圍內,也應增為檢定點。
(3)每個檢定點至少檢定三次;每次檢定過程中,檢定流量與兩條規定的該檢定點流量相比,其變化不應超過±4%;每次檢定中,除讀取并記錄傳感器脈沖數和標準器的示值外，還應根據需要,測量并記錄流體溫度表壓力大氣壓力和檢定時間等。
(4)計算檢定時測得的標準器測得的實際體積:
①質量法:
Vij一第i檢定點第j次檢定時標準器處的液體實際體積(m3);
M一第i檢定點第j次檢定時秤指示的液體質量(kg);
ρ一第i檢定點第j次檢定時測得標準器處的液體密度;
Cf一浮力修正系數
②標準流量計法:
Vif一第i檢定點第j次檢定時標準器處的液體.實際體積(m3);
Vi一第i檢定點第j次檢定時標準器讀出體積;
C一第i檢定點第j次檢定時標準流量計的修正系數。
(5)傳感器的系數K
①計算傳感器在檢定溫度和壓力條件下的系數K。
②計算每個檢定點每次檢定的系數K。
Nij一第i檢定點第j次檢定時測得傳感器的脈沖數;
Kij一第i檢定點第j次檢定時所得的系數K(m³)-1;
③計算每個檢定點的系數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
⑦傳感器的重復性
計算每個檢定點的重復性:
3軟件設計
(1)程序主界面
程序主界面包含四個下拉菜單,點擊即可進入相應的實驗界面,各實驗界面運行時,作為子窗體均包含在主窗體中。主界面如圖2所示。
(2)參數設置窗體
①儀表編號:每塊表的儀表編號應該是唯一的,在數據庫中作為彼此區分的關鍵字存在，數據查詢窗體中輸入所需查詢的儀表編號,即可得到曾經的歷史實驗記錄。
②儀表口徑:在本套小流量標準裝置中,可以檢定的標準渦輪口徑有4mm、6mm.10mm三種,通過下拉列表框(CamboBox)來實現。如圖3所示。
③最大最小流量:通過它來規定渦輪的流量范圍,在檢定過程中通過流量范圍來確定被檢流量點
④被檢流量點數:一般選5點,流量范圍量程比大于10的則選7點。
⑤每點檢測次數:每點一般檢定3次
⑥標準裝置精度:按照微小誤差原理，當標準裝置精度δ和被檢表精度δ1有:
標準裝置誤差可忽略不計,否則不可進行檢定。
⑦“確定按鈕:按下它進入流量點選擇界面。
⑧"退出”按鈕:按下它退出當前界面,回到主界面
(3)流量點選擇窗體
前面提到流量點有可能是5點,也有可能是7點。所以干脆采用列表框列出所有7點,根據實際流量范圍需要來進行選擇。單擊取消按鈕返回上一頁,單擊確定按鈕進入檢定界面。
(4)檢定界面
此窗體主要作用及實現方法有:
①調節調節閥到所需流量點。軟件調用動態鏈.接庫中tineGetTime函數定時一秒鐘,采入其間標準表脈沖數,計算標準表在一秒內的累積流量作為裝置的瞬時流量。
②待流量穩定后,計算被校表的流量。軟件同樣是采用軟件調用動態鏈接庫中timeGetTime函數定時,采入其間被校表脈沖數,計算被校表此間的累積流量。定時時間為裝置的最小測量時間。檢定過程中用進度條顯示進度。每次檢定結束用彈出消息框顯示標準表脈沖數,被校表脈沖數及儀表系數。
③做完所有流量點的測量后,計算被校表的儀.表系數線性度及重復性。其計算方法在“檢定項目和檢定方法沖有詳細介紹。
④將實驗數據存入數據庫,留待以后查詢和打印所需。此步驟通過調用模塊中標準表法標定數據寫入子程序來完成。
5結束語
本套流量標準裝置計算機控制系統,除以上渦輪流量傳感器標定實驗外，還可開發出多種流量傳感器檢定實驗,使同學們在檢測技術領域接觸更新的知識。隨著教學改革的不斷發展,我們將繼續努力,更新更多的實驗。
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