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關於智能蒸汽流量計行業標準裝置研製的探討
點擊次數：2017 發布（bù）時間（jiān）：2021-01-07 15:15:09
【摘要】本文依托當前智能蒸汽流量計量檢（jiǎn）定方麵的要求（qiú），根據儀表行業現狀，提出（chū）要研製出一種更加高效的計量檢定標準裝置用於高效（xiào）地進行檢定工（gōng）作，因此在本文當中提出了相關的研（yán）究內容和研究思路，希望可以為檢定裝置的研製（zhì）提供參考的思路。
1 引言（yán）
隨著儀表行業的擴張，智能蒸汽流量（liàng）計使用量大（dà）增，給檢（jiǎn）定帶來了非（fēi）常大的壓（yā）力，檢定工作量大，任務艱巨，因此檢定（dìng）部門迫切需求先進（jìn）的（de）標準檢定（dìng）儀器，因此探索智能蒸汽流量計量檢定（dìng）標準裝（zhuāng）置的研（yán）製，具有非常顯著的現實意義。
2 研製內容思考
本課題的研究旨在為智能蒸汽流量計量檢定標準裝置的研製提（tí）供一些可以參考的思路和方法，因此在本課題的*一部分，重點就研製內容進行分析討論。因此基於智能蒸汽流（liú）量計量檢定（dìng）標準裝置研製這一課題，試圖依托現行**標準，完成對智能蒸汽流量計性能指標的測試工作，對計量檢定標準裝置的係（xì）統原理、係（xì）統組成等進行多方麵的設計論證，形成具體（tǐ）的計量檢定標準裝置研製的具（jù）體思路。
主要內（nèi）容上，*先，考（kǎo）慮（lǜ）高分辨（biàn）率，多路多（duō）信號的信號采集係（xì）統，為保證檢定效率以及檢定精確度（dù），考慮研（yán）製多路信號采集係（xì）統，實現對多個智能蒸汽流量計（jì）的信息采集。研究思路上包括多路采集電路板研製、確定通訊方（fāng）式，確定電路板抗幹擾方法，研究提高信號采集分辨率的方法，確定多信號通道集成的方法。多路信號通信設計使用和S P I 總線通訊，抗幹擾方法擬采用光電隔離技術（shù）。使用信（xìn）號放大器和高位 A/D 轉換芯片提高分辨率（lǜ）。
其次，自動電控係統裝置，為了保證裝置對智能蒸汽流量計重複性、示值（zhí）誤（wù）差、響（xiǎng）應時間、漂移等檢（jiǎn）定指標的檢定，需要達（dá）到（dào）標準氣體的氣壓、流量、氣路通斷（duàn）、實時工況的自（zì）動操控，因此考慮以 PLC 為主控裝（zhuāng）置來實現電（diàn）控，依托P L C 程序來完成自（zì）動電控設計，硬（yìng）件裝置上配置工作站，標（biāo）準氣體氣壓和流量控製裝置。具體上以 PLC 為核心，配合（hé）電磁閥（fá）、真空裝（zhuāng）置、繼電器、電（diàn）源、通信模（mó）塊、管（guǎn）線等硬件，並設計相應的驅動控製程序，實現自動（dòng）化的檢定控製。
3 研製方案思考
3.1 裝置工作原理
根據作業（yè）環境氣體檢測報警儀通用技術要求對計量部分的檢定要求來看，既定裝置的檢定項（xiàng）目包括重複性（xìng）、示（shì）值誤（wù）差、響應（yīng）時間、漂移等，根據這（zhè）些項目，結合上文內容確定裝置的組成包括信號采集、通（tōng）訊、電氣控製和控製軟件四個部分。由此組成的裝置，工作原理如下：電氣控製（zhì）部分（fèn）涵（hán）蓋高壓氣瓶等硬件裝（zhuāng）置，用（yòng）以控製高壓標準氣體的（de）氣壓和流量，高（gāo）壓氣瓶（píng）輸出標準氣體到傳感（gǎn）器，為了（le）保證（zhèng）標準氣體的濃度，因此假設通過真空處理，來保證不同濃度氣體切換時濃度的穩定性，標準氣體在輸出過程當（dāng）中要經過減（jiǎn）壓限流裝置控製標準氣（qì）體的氣壓和流量，並輸送到傳感器中。信號采集裝置將傳感器的信號采集起來（lái）並上傳至上位機，上位機部分則包括 PLC 和工作站，在這個部分通過（guò）設計的程序來完成電氣控製與數據處理上的工作，實現自動化檢定。
3.2 研製裝置（zhì）功能模塊
*先（xiān）電氣控製模塊，主要任務是在 P L C 的控製下（xià）實現（xiàn）對減壓限流（liú）裝置的（de）自動控製，以此來保證輸出標準氣體的氣壓、流量，確保標準氣體有效地融入被檢定的智能蒸（zhēng）汽流量計當中，實現自動控製、采集與計（jì）算。整（zhěng）個自動電控係統包括 P L C、電磁閥、標準氣體（tǐ）儲存（cún）瓶、氣壓表、穩壓器、減壓限流裝置、公共艙體、流量計、控製電（diàn）路（lù）等組成。程序方麵要求 OLC 根據上位機的控製指（zhǐ）令（lìng）來完成對電磁閥的驅動，並且要（yào）有自（zì）檢能力，同（tóng）時要實現根據運（yùn）算的（de）結果（guǒ），自動發出控製指令（lìng），完成（chéng）控製過程，且要具備手動控（kòng）製功能。
其次，信號采（cǎi）集模（mó）塊，主要任（rèn）務是（shì）未來完成（chéng）對智能蒸汽流量計性能指標信息的采集，為了完成這一目標（biāo），結合上文的分析來說，采用（yòng） SPI 總線通訊，實現多路檢定，電路板使用信（xìn）號放大器以及高位 A/D 轉換（huàn）芯片來實現高分辨（biàn）率的信號（hào）采集，同時利用光電隔離技術來提高抗幹擾能力。總結（jié）起（qǐ）來，信號采集模（mó）塊要實現對多（duō）種信號的集成，變換（huàn），隔離和放大（dà），為此考慮（lǜ）使用單片機來進行信息采集與處理並通過總線方式（shì）來上（shàng）傳到主板單片機。單片機主要完成對A / D 芯片的控製以及接收芯片輸（shū）出的信號，通過編寫相應的數據處理程序，將接收的信號處理後上傳至主板單（dān）片機。主（zhǔ）板單片機通（tōng）過必要電路與上位機通訊。
再次，通（tōng）訊模塊，其主要任務在於完成電氣控製部分和上位機之間的通訊（xùn）。通訊網絡采用無線網絡（luò）互聯通訊技術和 USB 通訊（xùn）技術，實用（yòng）無線互聯（lián）模塊，USB 通訊上使用專業芯片來構建 USB 通訊。
*後工（gōng）作站及 P L C 的程序設計，P L C 程序設計按照選用的 PLC 所提供的（de）程序設計軟件進行設計，要求滿足上文提出的控製要求。工作站方麵是（shì）重（chóng）點內容，要求包括用戶管理，閥門切換，儀器校準，示值誤差、重（chóng）複性、響應時間、漂（piāo）移等（děng）的（de）檢定。
3.3 研製裝置成效
根據上文的思路設計研製了一款智能蒸汽流（liú）量（liàng）計量檢定標準（zhǔn）裝置，經（jīng）過後期的安裝調試後，確定其主要參數包括，測（cè）量標準電壓範圍 0 ～ 5V，分辨率 0.001V，測試標準電流範圍 4 ～ 20 毫（háo）安（ān），分辨率（lǜ） 0.01 毫安（ān），測試（shì）標準頻率範圍 0 ～ 10KHz，分辨率 1Hz。電源參數 22V/AC。適合 5 ～45 攝氏度環境。
按（àn）照（zhào）這一（yī）裝置，選用多部智能蒸汽流量計（jì）進行實驗檢定，並通過數據分析處（chù）理後得出如下結論，A / D 采集線性度誤差（chà）為 0.12%，基本上可以保證（zhèng）一定的測試準確度，因此針對智能蒸（zhēng）汽流量（liàng）計進行檢定實驗，結果顯示，被實驗對（duì）象探測器零點漂移為零，示值誤差（chà）在 0.5 ～ 0.9% 之間。示值誤差方麵在不考慮其他條件的情況下誤差範圍在（zài） -1.5 ～0.8% 之間。重複性測量誤差在 0.16 ～ 0.22% 之間（jiān）。響應時間（jiān）平均值在 16.37 ～ 28.84s 之間。
根據實（shí）驗結論來看，0.12% 的信（xìn）息采（cǎi）集線性度誤差產生的原因可能是標準信號源不穩定，采樣環境本身線性度較差。但總體上來說對探測器檢定影響不大。根據檢定項目來看，實驗結果相對比較理想。
4 結語
綜上所述，對於智能蒸汽流量計的計量標準檢定裝置的研製具有必（bì）要性，目前智能蒸汽（qì）流量（liàng）計的應用量大，對檢定工作提出（chū）了很高的要求，因此適合的檢（jiǎn）定（dìng）裝置是保證檢定工作順利高效展開的關鍵，因此（cǐ）研製專（zhuān）門的計量檢定裝置具有顯（xiǎn）著的現實（shí）意義，因此在本文當中探索了一種檢定（dìng）裝置的研製開（kāi）發思路（lù），可能存在不足之處，但（dàn）希望可以為智能蒸汽流量計的檢定裝置的開發研究提供（gòng）一定的參考思路。
1 引言（yán）
隨著儀表行業的擴張，智能蒸汽流量（liàng）計使用量大（dà）增，給檢（jiǎn）定帶來了非（fēi）常大的壓（yā）力，檢定工作量大，任務艱巨，因此檢定（dìng）部門迫切需求先進（jìn）的（de）標準檢定（dìng）儀器，因此探索智能蒸汽流量計量檢定（dìng）標準裝（zhuāng）置的研（yán）製，具有非常顯著的現實意義。
2 研製內容思考
本課題的研究旨在為智能蒸汽流量計量檢定標準裝置的研製提（tí）供一些可以參考的思路和方法，因此在本課題的*一部分，重點就研製內容進行分析討論。因此基於智能蒸汽流（liú）量計量檢定（dìng）標準裝置研製這一課題，試圖依托現行**標準，完成對智能蒸汽流量計性能指標的測試工作，對計量檢定標準裝置的係（xì）統原理、係（xì）統組成等進行多方麵的設計論證，形成具體（tǐ）的計量檢定標準裝置研製的具（jù）體思路。
主要內（nèi）容上，*先，考（kǎo）慮（lǜ）高分辨（biàn）率，多路多（duō）信號的信號采集係（xì）統，為保證檢定效率以及檢定精確度（dù），考慮研（yán）製多路信號采集係（xì）統，實現對多個智能蒸汽流量計（jì）的信息采集。研究思路上包括多路采集電路板研製、確定通訊方（fāng）式，確定電路板抗幹擾方法，研究提高信號采集分辨率的方法，確定多信號通道集成的方法。多路信號通信設計使用和S P I 總線通訊，抗幹擾方法擬采用光電隔離技術（shù）。使用信（xìn）號放大器和高位 A/D 轉換芯片提高分辨率（lǜ）。
其次，自動電控係統裝置，為了保證裝置對智能蒸汽流量計重複性、示值（zhí）誤（wù）差、響（xiǎng）應時間、漂移等檢（jiǎn）定指標的檢定，需要達（dá）到（dào）標準氣體的氣壓、流量、氣路通斷（duàn）、實時工況的自（zì）動操控，因此考慮以 PLC 為主控裝（zhuāng）置來實現電（diàn）控，依托P L C 程序來完成自（zì）動電控設計，硬（yìng）件裝置上配置工作站，標（biāo）準氣體氣壓和流量控製裝置。具體上以 PLC 為核心，配合（hé）電磁閥（fá）、真空裝（zhuāng）置、繼電器、電（diàn）源、通信模（mó）塊、管（guǎn）線等硬件，並設計相應的驅動控製程序，實現自動（dòng）化的檢定控製。
3 研製方案思考
3.1 裝置工作原理
根據作業（yè）環境氣體檢測報警儀通用技術要求對計量部分的檢定要求來看，既定裝置的檢定項（xiàng）目包括重複性（xìng）、示（shì）值誤（wù）差、響應（yīng）時間、漂移等，根據這（zhè）些項目，結合上文內容確定裝置的組成包括信號采集、通（tōng）訊、電氣控製和控製軟件四個部分。由此組成的裝置，工作原理如下：電氣控製（zhì）部分（fèn）涵（hán）蓋高壓氣瓶等硬件裝（zhuāng）置，用（yòng）以控製高壓標準氣體的（de）氣壓和流量，高（gāo）壓氣瓶（píng）輸出標準氣體到傳感（gǎn）器，為了（le）保證（zhèng）標準氣體的濃度，因此假設通過真空處理，來保證不同濃度氣體切換時濃度的穩定性，標準氣體在輸出過程當（dāng）中要經過減（jiǎn）壓限流裝置控製標準氣（qì）體的氣壓和流量，並輸送到傳感器中。信號采集裝置將傳感器的信號采集起來（lái）並上傳至上位機，上位機部分則包括 PLC 和工作站，在這個部分通過（guò）設計的程序來完成電氣控製與數據處理上的工作，實現自動化檢定。
3.2 研製裝置（zhì）功能模塊
*先（xiān）電氣控製模塊，主要任務是在 P L C 的控製下（xià）實現（xiàn）對減壓限流（liú）裝置的（de）自動控製，以此來保證輸出標準氣體的氣壓、流量，確保標準氣體有效地融入被檢定的智能蒸（zhēng）汽流量計當中，實現自動控製、采集與計（jì）算。整（zhěng）個自動電控係統包括 P L C、電磁閥、標準氣體（tǐ）儲存（cún）瓶、氣壓表、穩壓器、減壓限流裝置、公共艙體、流量計、控製電（diàn）路（lù）等組成。程序方麵要求 OLC 根據上位機的控製指（zhǐ）令（lìng）來完成對電磁閥的驅動，並且要（yào）有自（zì）檢能力，同（tóng）時要實現根據運（yùn）算的（de）結果（guǒ），自動發出控製指令（lìng），完成（chéng）控製過程，且要具備手動控（kòng）製功能。
其次，信號采（cǎi）集模（mó）塊，主要任（rèn）務是（shì）未來完成（chéng）對智能蒸汽流量計性能指標信息的采集，為了完成這一目標（biāo），結合上文的分析來說，采用（yòng） SPI 總線通訊，實現多路檢定，電路板使用信（xìn）號放大器以及高位 A/D 轉換（huàn）芯片來實現高分辨（biàn）率的信號（hào）采集，同時利用光電隔離技術來提高抗幹擾能力。總結（jié）起（qǐ）來，信號采集模（mó）塊要實現對多（duō）種信號的集成，變換（huàn），隔離和放大（dà），為此考慮（lǜ）使用單片機來進行信息采集與處理並通過總線方式（shì）來上（shàng）傳到主板單片機。單片機主要完成對A / D 芯片的控製以及接收芯片輸（shū）出的信號，通過編寫相應的數據處理程序，將接收的信號處理後上傳至主板單（dān）片機。主（zhǔ）板單片機通（tōng）過必要電路與上位機通訊。
再次，通（tōng）訊模塊，其主要任務在於完成電氣控製部分和上位機之間的通訊（xùn）。通訊網絡采用無線網絡（luò）互聯通訊技術和 USB 通訊（xùn）技術，實用（yòng）無線互聯（lián）模塊，USB 通訊上使用專業芯片來構建 USB 通訊。
*後工（gōng）作站及 P L C 的程序設計，P L C 程序設計按照選用的 PLC 所提供的（de）程序設計軟件進行設計，要求滿足上文提出的控製要求。工作站方麵是（shì）重（chóng）點內容，要求包括用戶管理，閥門切換，儀器校準，示值誤差、重（chóng）複性、響應時間、漂（piāo）移等（děng）的（de）檢定。
3.3 研製裝置成效
根據上文的思路設計研製了一款智能蒸汽流（liú）量（liàng）計量檢定標準（zhǔn）裝置，經（jīng）過後期的安裝調試後，確定其主要參數包括，測（cè）量標準電壓範圍 0 ～ 5V，分辨率 0.001V，測試標準電流範圍 4 ～ 20 毫（háo）安（ān），分辨率（lǜ） 0.01 毫安（ān），測試（shì）標準頻率範圍 0 ～ 10KHz，分辨率 1Hz。電源參數 22V/AC。適合 5 ～45 攝氏度環境。
按（àn）照（zhào）這一（yī）裝置，選用多部智能蒸汽流量計（jì）進行實驗檢定，並通過數據分析處（chù）理後得出如下結論，A / D 采集線性度誤差（chà）為 0.12%，基本上可以保證（zhèng）一定的測試準確度，因此針對智能蒸（zhēng）汽流量（liàng）計進行檢定實驗，結果顯示，被實驗對（duì）象探測器零點漂移為零，示值誤差（chà）在 0.5 ～ 0.9% 之間。示值誤差方麵在不考慮其他條件的情況下誤差範圍在（zài） -1.5 ～0.8% 之間。重複性測量誤差在 0.16 ～ 0.22% 之間（jiān）。響應時間（jiān）平均值在 16.37 ～ 28.84s 之間。
根據實（shí）驗結論來看，0.12% 的信（xìn）息采（cǎi）集線性度誤差產生的原因可能是標準信號源不穩定，采樣環境本身線性度較差。但總體上來說對探測器檢定影響不大。根據檢定項目來看，實驗結果相對比較理想。
4 結語
綜上所述，對於智能蒸汽流量計的計量標準檢定裝置的研製具有必（bì）要性，目前智能蒸汽（qì）流量（liàng）計的應用量大，對檢定工作提出（chū）了很高的要求，因此適合的檢（jiǎn）定（dìng）裝置是保證檢定工作順利高效展開的關鍵，因此（cǐ）研製專（zhuān）門的計量檢定裝置具有顯（xiǎn）著的現實（shí）意義，因此在本文當中探索了一種檢定（dìng）裝置的研製開（kāi）發思路（lù），可能存在不足之處，但（dàn）希望可以為智能蒸汽流量計的檢定裝置的開發研究提供（gòng）一定的參考思路。