摘要(yào):基于水流量标(biāo)準裝置計算機控制系統，研究(jiū)開發(fā)金屬管浮(fú)子流(liú)量(liàng)計(jì) 的性(xìng)能測(cè)試與(yǔ)檢定(dìng)實驗。硬件(jiàn)采用數字(zì)量采集卡(kǎ)7505、脈沖量采(cǎi)集卡7606,對流(liú)量标準裝(zhuāng)置.上各種信号(hào)進行控制(zhì)，并實(shí)時采集測試、檢(jiǎn)定數(shù)據。通過軟件編(biān)程，對(duì)測試、檢定(dìng)結果(guǒ)進行(háng)數據處(chù)理(lǐ)、曲線(xiàn)拟合(hé)。實驗表明，實驗(yàn)者運用所(suǒ)學流體力學、檢(jiǎn)測技術、誤差理(lǐ)論等(děng)方面的知(zhī)識，對金(jīn)屬管浮子流(liú)量計進行(háng)性能測試、檢定(dìng)、誤差(chà)計算;并通(tōng)過實驗掌(zhǎng)握三次曲(qǔ)線拟合在(zài)浮子流量計非線性(xìng)特性(xìng)處理(lǐ)上的應用(yòng)。
流量的正确測量與國民經(jīng)濟、國防建設、科學研究(jiū)等諸多領域有(yǒu)着密切關系,對(duì)保證産品(pǐn)質量(liàng)、提高(gāo)生産效率、促進(jìn)科學技術(shù)的發(fā)展起(qǐ)着非(fēi)常重要的(de)作用(yòng)。随着(zhe)經濟(jì)的快(kuài)速發展,對完成流量(liàng)測量的流(liú)量計提出了更(gèng)高的要求。因此(cǐ),本實驗室(shì)研究開發了基于計(jì)算機的金屬管浮子流量計檢(jiǎn)定實驗系統,實(shí)現了對金屬管(guǎn)浮子流量(liàng)計的性能(néng)測試(shì)和檢(jiǎn)定(dìng),達到了(le)金屬管浮子(zǐ)流量計(jì)在實際應(yīng)用中(zhōng)的正确(què)定(dìng)位的(de)目的。
1計算(suàn)機控制系(xì)統的構成(chéng)
　　水流量标準裝(zhuāng)置計算機控制(zhì)系統舊由計算(suàn)機、高(gāo)位水塔、流量實驗裝(zhuāng)置、被(bèi)檢表(金屬(shǔ)管浮(fú)子流量計(jì))等組(zǔ)成。水(shuǐ)流量标準(zhǔn)裝置計算(suàn)機控(kòng)制系(xì)統結構圖(tú)如圖1所示(shì)。
 
通(tōng)觀整個(gè)控制(zhì)系統(tǒng),得知:
　　計(jì)算機通過數(shù)字量(liàng)采集(jí)卡7505完成電(diàn)磁閥(fá)的開/關信号(hào)、換(huàn)向器的開/關信(xìn)号及(jí)底閥的開(kāi)/關信号控(kòng)制，标(biāo)準表的(de)脈沖信(xìn)号通過7606采集卡采人(rén)計算，電子(zǐ)秤讀數信号通(tōng)過rs232串行通(tōng)訊接(jiē)口與計(jì)算機進(jìn)行通(tōng)訊。3]通過軟(ruǎn)件編程,[45]對(duì)檢定(dìng)測試結(jié)果進行數據處理(lǐ)、線性(xìng)拟合(hé)等。
　　高位水(shuǐ)塔起穩(wěn)定(dìng)水頭(tóu)作用(yòng),保(bǎo)證(zhèng)整個(gè)實驗過(guò)程的流(liú)量穩(wěn)定。标(biāo)準表(biǎo)和被檢表串聯(lián)在實驗管路中(zhōng),根據流體(tǐ)流動(dòng)連續性原理，在(zài)定常流動下,流(liú)過它們的流量(liàng)是相等(děng)的(de)。經标(biāo)準砝碼調(diào)校電(diàn)子秤可使其精度比(bǐ)标準表精(jīng)度(dù)高出3倍(bèi),因此(cǐ)用稱重法檢(jiǎn)定(dìng)标準表,然(rán)後再(zài)用标準(zhǔn)表檢定被校(xiào)表(biǎo)。用稱重法檢(jiǎn)定儀表朔(shuò)源性好,但(dàn)工作(zuò)效率低,故-一般(bān)實驗用(yòng)标準表進行(háng),并定期對(duì)标(biāo)準表進行檢(jiǎn)定。
2水流量(liàng)标準(zhǔn)裝置
　　實(shí)驗(yàn)裝置(zhì)結構(gòu)圖如圖2所(suǒ)示:
 
　　工(gōng)作過(guò)程:用(yòng)水泵(bèng)将(jiāng)水池中(zhōng)的水打(dǎ)入水(shuǐ)塔(tǎ),在整個實(shí)驗過程中使水塔處于溢流狀态，以保證系統(tǒng)的壓(yā)頭不變。待水流(liú)穩定後(hòu),打開截(jié)止閥,水(shuǐ)通(tōng)過标(biāo)準表、上遊直管(guǎn)段、被(bèi)檢流量計(jì)、下遊直(zhí)管段、夾(jiá)表器、調節閥、換(huàn)向器(qì),流(liú)出實驗管路。
3金屬管浮(fú)子(zǐ)流量計(jì)檢定(dìng)實驗研究
　　浮子(zǐ)流量(liàng)傳感(gǎn)器又(yòu)稱轉子流量傳(chuán)感器。本(běn)實(shí)驗室(shì)用到的(de)被檢定(dìng)浮子流(liú)量(liàng)計是(shì)金屬管浮子流(liú)量計,而金屬管浮子(zǐ)流量計的(de)檢定(dìng)實驗是流(liú)量檢測(cè)技術實(shí)驗的(de)重點(diǎn)，也是(shì)本控(kòng)制系統設(shè)計的(de)重點。
　　金屬管(guǎn)浮(fú)子流量計(jì)引入計算(suàn)機技(jì)術取(qǔ)代凸(tū)輪機(jī)械結構進(jìn)行流(liú)量計(jì)算(suàn),将(jiāng)流量(liàng)信号(hào)通(tōng)過傳感(gǎn)器、轉換器由數(shù)字液(yè)晶顯(xiǎn)示出(chū)來，并(bìng)通過鍵盤(pán)置人密度、溫度(dù)、壓力(lì)等工況參(cān)數,具(jù)有智(zhì)能化(huà)、高精度、使(shǐ)用方(fāng)便、工作(zuò)可靠等(děng)特點(diǎn)。
　　流量(liàng)傳感(gǎn)器是将(jiāng)非電量(liàng)的流量信(xìn)号(hào)轉(zhuǎn)化爲電量信号(hào)的感(gǎn)應裝(zhuāng)置,金(jīn)屬管(guǎn)轉子(zǐ)流量(liàng)計輸出的則是(shì)電壓信号。由于(yú)其流(liú)量(liàng)-電(diàn)壓特(tè)性有較(jiào)強(qiáng)的非(fēi)線性,常用最小(xiǎo)二乘法對(duì)其進行三(sān)次(cì)曲(qǔ)線拟(nǐ)合。
3.1實驗原理
　　金(jīn)屬管浮子流量(liàng)計管(guǎn)體(tǐ)由錐管和浮子(zǐ)組成,當(dāng)流體自(zì)下(xià)而(ér)上流人錐管時,被(bèi)浮子節(jiē)流,當流體作(zuò)用(yòng)在浮子(zǐ)的動(dòng)壓力、浮子(zǐ)在流體中的浮(fú)力、浮(fú)子的(de)重力達到平衡時，浮子就平(píng)穩地浮(fú)在(zài)錐管内某-位(wèi)置上。浮子在(zài)錐(zhuī)管中(zhōng)的位(wèi)置與(yǔ)流體流經錐管流量的大小一(yī)對應(yīng)。其浮子位(wèi)置高度是由角(jiǎo)位移傳感器檢(jiǎn)測并轉換(huàn)成電(diàn)壓信(xìn)号。因此,某一(yī)個流量點q對(duì)應一個電壓(yā)值(zhí),實驗要(yào)求(qiú)在各流量點(diǎn)下正反(fǎn)行程各進行3次(cì)實驗,将其(qí)平均值作爲輸(shū)出電(diàn)壓v。用(yòng)實驗(yàn)數據(jù)拟合(hé)出q~vo的關系(xì)式，再次(cì)進(jìn)流量(liàng)檢定(dìng)實(shí)驗,以驗(yàn)證拟合公式(shì)的(de)拟合精度。
3.2金屬(shǔ)管浮子流量計(jì)性能測(cè)試(shì)
　　在浮(fú)子流量計(jì)的流量範(fàn)圍内選擇(zé)6~7個流量(liàng)點(最好(hǎo)是均勻(yún)分(fèn)布的(de),且由(yóu)标準渦輪(lún)流(liú)量計(jì)讀取),調(diào)節閥廣]達到所要求的(de)流量值(zhí)點q(瞬(shùn)時流(liú)量m'/h),測出與流(liú)量點q對(duì)應的(de)浮子(zǐ)輸出(chū)電壓(yā)v(從(cóng)浮(fú)子的(de)液晶顯示(shì)上讀得)。
從小流量向(xiàng)大流(liú)量(liàng)測(cè)量稱正(zhèng)行(háng)程,反之稱(chēng)反行程。正反行(háng)程各3次,當(dāng)測量(liàng)數據全部測量完成(chéng)時,計算機(jī)自動将(jiāng)各流量(liàng)點的(de)電壓平(píng)均(jun1)值v計算出來。
3.3拟(nǐ)合曲線q~v0
　　根據圖(tú)3檢定(dìng)測試的數據(jù)，在(zài)圖(tú)3窗(chuāng)口按(àn)[報台計算機自(zì)動完成(chéng)用最小(xiǎo)二乘法拟合3次(cì)曲線91(實質(zhì)爲:若(ruò)拟(nǐ)合n次曲線,則(zé)n+1個待定系數,需(xū)解n+1元一次線性(xìng)方程組,此程序(xù)用高(gāo)斯(sī)消(xiāo)去法(fǎ)求解),求得(dé)浮子(zǐ)電壓一流(liú)量特(tè)性曲(qǔ)線如圖4,并(bìng)得出(chū)拟合(hé)公式(shì)。
 
3.4金屬(shǔ)管(guǎn)浮子流(liú)量計的檢定
　　再(zài)次選(xuǎn)定5~6個流量點進行測試,将(jiāng)這些點的浮子流量計(jì)的(de)輸出(chū)電壓代人(rén)拟合(hé)公式,計算出通過浮子的流量(liàng)。金屬管浮子流(liú)量計(jì)的檢定計(jì)算結果(guǒ)如圖5所(suǒ)示。在圖5中(zhōng)，渦輪(lún)流量(liàng)是指(zhǐ)标準表流量(liàng)，拟合曲(qǔ)線流量指将浮(fú)子電壓帶人3次(cì)拟合曲線(xiàn)公式(shì)後計算得(dé)到的(de)浮子流量(liàng)計的流量(liàng)。
　　将浮子流(liú)量(liàng)計(jì)的流量q與(yǔ)标準表(biǎo)測得的(de)流量qo帶人計算(suàn)滿度(dù)誤(wù)差[10公式(2),進而(ér)求得對應的滿度誤差e,并(bìng)找出最大滿度(dù)誤差emax。
 
4結語(yǔ)
　　随着計算(suàn)機(jī)技術的飛速(sù)發展,高等教育的深(shēn)化改(gǎi)革,教學質(zhì)量的不斷(duàn)提高(gāo),原有的實(shí)驗設備就(jiù)顯得落後(hòu)了。在(zài)原有(yǒu)的高(gāo)位水(shuǐ)塔的基礎(chǔ)上,對實驗設備進行了改(gǎi)造和擴建(jiàn)。除了(le)保留稱重(zhòng)顯示儀(yí)以獲取(qǔ)電子(zǐ)秤的讀(dú)數(shù),其餘工作(zuò)如定時、控制換向器(qì)動作(zuò)、控制底閥(fá)開關(guān)、脈沖計數(shù)等都由(yóu)計算機(jī)完成。實驗(yàn)中做(zuò)到實時(shí)控(kòng)制、實(shí)時采集數據,并(bìng)及時對數(shù)據進(jìn)行相(xiàng)應的(de)計(jì)算(suàn)、處理。用一(yī)台計算機取(qǔ)代了原(yuán)來繁多的(de)儀器(qì)儀表,這使得系(xì)統的整體結構趨于簡單,自動(dòng)化程度更高,實(shí)驗手段(duàn)更加先(xiān)進,激發(fā)了學生(shēng)的學習興趣。學(xué)生通(tōng)過實驗過程，不僅(jǐn)對這門(mén)]課加深了理解,而且(qiě)對本專業(yè)其他課加(jiā)以(yǐ)應用;拓寬了知識(shí)面,感受(shòu)到(dào)了計算機(jī)控(kòng)制(zhì)系統(tǒng)在流(liú)量測量領(lǐng)域中(zhōng)的實(shí)際應(yīng)用。同(tóng)時，基(jī)于計(jì)算機(jī)的金(jīn)屬管(guǎn)浮子流量計檢(jiǎn)定實驗系統的(de)建成，爲(wèi)自動化(huà)專業(yè)以及(jí)從事(shì)流量測(cè)量(liàng)方面(miàn)的研(yán)究人員提供了一個(gè)良好(hǎo)的實驗平台。

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