智能流量仪表在流量检定装置中的应用

摘 要: 随着在计算机技术及微电子器件应用的不断发展，在此基础上发展起来的智能仪表在测量的准确度、灵敏度、可靠性都有了质的飞跃。本文对智能流量仪表在流量检定装置中的应用进行了分析。
关键词:智能仪表 测量 流量检定
流量测量仪表种类很多,其测量原理、仪表结构、使用条件和安装方式等各不相同,因此必须要对使用中的流量仪表进行校验。
1 流量仪表的校验方法
流量仪表的校验一般有直接测量法和间接测量法两种方式。
直接测量法也称为实流校验法,是以实际流体流过被校验仪表,再用别的标准装置测出流过被校仪表的实际流量,与被校仪表的流量值作比较,或将待标定的仪表进行分度。间接测量法是以测量流量仪表传感器的结构尺寸或其它与计算流量有关的量,并按规定方法使用,间接地校验其流量值,获得相应的精确度。间接法校验获得的流量值没有直接法准确,但它避免了必须要使用流量标准装置特别对大型流量装置带来的困难,所以已经有一些流量仪表采用了间接校验法。
综上所述,流量仪表的校验有多种方法,但实流校验法始终是最基本也是最重要的校验方法,某些仪表之所以可用间接校验法校验,也是在用实流校验法积累了丰富的试验数据的基础上才得以实现的。
2 流量计校验检定系统
2.1 系统中控制部分
流量计校验检定系统的显示操作和控制部分采用工控机全程控制方式,自动完成信号的采集、转换、运算处理、控制输出显示、打印等功能;提高系统的响应速度,使全标定过程最大限度的实现自动化。控制系统大致分为以下四个部分:
工控机控制管理部分。工控机主要完成人－机界面交互操作,显示所需的各种参数,处理由各类传感器、高精度电子秤、各类阀的上传数据,按照不同的方式进行各种运算,控制泵、各类阀、变频器的动作和输出相应的数据,显示和打印各类报表等;输入输出逻辑控制部分。主要辅助控制完成各种逻辑控制,通讯与逻辑控制的仲裁工作,完成检定流程的切换,工控机与前端各类传感器、高精度电子秤、各类阀之间的通讯协调等工作;数据采集及预处理部分。将现场各种仪表信号进行计数或模拟转换,并且实现同步启动功能;通讯及外围接口部分。实现高精度电子秤现场数据信号上传通讯控制及各种功率器件的控制、电源的供给等功能。
2.2 系统的抗干扰措施
检测系统内部干扰主要有:输入噪声,非线性失真以及带宽限制等。采样保持器可能带来的非线性失真、带宽限制和孔径抖动误差。ADC 实际数字转换器引起量化、噪声、积分线性误差和微分线性误差,数据在系统各部分间传送过程可能引入的噪声干扰以及由电路布局和系统结构的原因耦合的噪声干扰等。为减少干扰,系统采取硬件方面的措施:在硬件方面主要从器件选择、电路布局、体系结构和抗干扰措施等方面进行改进。在自动控制与数据采集通道干扰的主要因素之一是导线间的相互耦合感应产生的干扰。为此系统采用双绞线屏蔽线对。另一种主要干扰是尖峰干扰。具体采用在交流电源的输入端并联压敏电阻,在交流电源输入端上加隔离变压器。
3 流量计校验检定系统的应用过程
对于设计的质量流量计校验检定系统,根据质量流量计检验规程,制定了以下流程。校验装置操作总流程:
首先启动总电源,进入校验系统界面,手工输入校验人、合同号和初始经验GK（GK值为仪表系数,每一台都不一样,校验系统通过之后的多点检测并与标准容器比较,求得误差百分比,从而得到最终GK）所以在此只需要输入初始经验GK 作为最初比较值;选定型号和规格后,系统将进入校验参数表数据输入流程,调用后台数据库;将前次校验的数据结果清零,按“充水”键,进入充水流程,管道充水完毕后,再按“充水”键,关闭泵和阀门;按“零点校验”键,进入零点校验流程,在静止状态下完成零点的检测后,再按“零点校验”键,停止对仪表的读数;按“初校”键,进入初校流程（初校是选取3个检测点对仪表进行初步的检测,通过仪表值和标准容器读数的比对,调整GK 值）,得到最终GK 后,再按“初校”键,清除所有校验的数据结果;按“校验”键,进入校验流程,分别对5 个检测点顺序校验3 遍,并得出校验的数据结果,再按“校验”键,清除所有读数,并对数据结果进行保存;按“排空”键,将管道内的水排干净。校验完成。
校验装置操作分流程:
分为校验参数表数据输入流程、充水流程、水箱充水流程、检查秤排水阀是否打开流程、电磁流量计对变频泵的反馈流程等。
3.1 校验参数表数据输入流程
对于校验参数表,后台有固定的Excel 数据表,系统只要根据所选择的型号和规格,导入相应的数据即可。由于Excel数据表中为经验数据,包括有监测点的选择所对应的流量、检测的时间、变频泵的PID参数以及阀门的开度,随着数据的积累,可以进行修改,所以导入后校验参数表应该允许手动修改。
3.2 充水流程
根据校验规程,要先将整个管道充满水,由于前一个校验流程至变频泵,启动泵,30s后顺序开启秤排水阀、表后阀门和表前阀门;由于在系统的不同状态下,阀门的开关要求不同,出于安全考虑,增加了阀门的检查流程;充水5min 后关闭泵,如果充水量不够,可多次进行充水。
3.3 水箱充水流程
由于校验过程长,要抽取大量的水,同时受空间限制,水箱的体积不可能做的很大,所以水箱的水位必须实时监控。选择在水箱的上方放置液位计,预先设置水箱液位的限制高度。启动电源后,系统每隔一段时间启动程序检查液位,如液位偏低将立即启动抽水阀。反之将其关闭。
3.4 检查秤排水阀是否打开流程
秤排水阀的位置相当重要。当开始向管道充水时,需要秤排水阀开启,如果其未立即开启,电子秤的容器将积水,会造成很大的危险性。当做零点校验需要秤排水阀关闭,如果其未立即关闭,管道将排空,造成空管现象,仪表显示数值将乱跳,影响正常读数。当进行初校和正式校验时,需要秤排水阀根据控制开启和关闭,如果其未能立即做出反应,将影响校验数值的准确性。所以每次要检查秤排水阀状态,并弹出信息框,以提示操作者当前状态。
3.5 电磁流量计对变频泵的反馈流程
整个流程为闭环全自动控制回路,通过PID 控制器及变频调速装置,控制水泵恒流供水。出水量与电机的转速成正变关系,用水多时转速提高,用水少时转速降低。既保证恒流用水,又节电。
变频器内部控制,主要是指变频器内部PID 功能模块,相对于原来的硬件PID 板控制,省去了硬件维护需要,节省了成本。主控环节的流量设定信号与系统流量信号反馈形成闭环以维持管网恒定压力。PID 的特性可由参数选择。由于变频泵的PID参数为经验数值,所以在管道充水时要根据设定的流量和瞬时流量比较,再由参数自校正机构确定出新的PID 参数值,系统按修正后的参数进行PID 控制。其中电磁流量计用于瞬时流量的数据采集,并与变频器进行实时反馈。
参考文献
[1]梁国伟,蔡武昌,流量测量技术及仪表,机械工业出版社,2002.
[2]王天明,流量质量计量技术,计量科苑,2004.