摘要(yào):基于水流(liú)量标準裝(zhuāng)置計算機(ji)控制系統(tong)，研究開發(fa)金屬管浮(fu)子流量計(jì) 的性能測(cè)試與檢定(dìng)實驗。硬件(jiàn)采用數字(zì)量采集卡(ka)7505、脈沖量采(cǎi)集卡7606,對流(liu)量标準裝(zhuang)置.上各種(zhong)信号進行(hang)🏃🏻‍♂️控制，并實(shí)時采集測(ce)試、檢定數(shù)據。通過軟(ruan)件編程，對(dui)👅測試、檢定(dìng)結果進行(hang)數據處理(lǐ)、曲線拟合(hé)。實驗表明(ming)，實驗者運(yun)用所學流(liú)體力學、檢(jian)測技術、誤(wu)差理論等(děng)方面的知(zhī)識，對金屬(shǔ)管浮子流(liú)量計進行(háng)性能測試(shi)、檢定、誤差(cha)計算;并通(tong)過實驗掌(zhǎng)📱握三次曲(qǔ)線拟合在(zài)浮子流量(liang)計非線性(xing)特性處理(lǐ)上的應用(yong)。
流量的正(zhèng)确測量與(yǔ)國民經濟(ji)、國防建設(shè)、科學研究(jiu)等諸多領(ling)域有着密(mi)切關系,對(dui)保證産品(pǐn)質量、提高(gao)生産👨‍❤️‍👨效率(lü)、促進科學(xue)技術💰的發(fā)展起着非(fēi)常重要的(de)作用。随💁着(zhe)經濟的快(kuài)速發展,對(duì)完成流量(liàng)測量的流(liu)量計提出(chu)了更高的(de)要求。因此(ci),本實驗室(shì)研究開發(fā)了基于計(jì)算機的金(jīn)屬管浮子(zǐ)流量計檢(jian)定實驗系(xi)統,實現了(le)對金屬管(guan)浮子流量(liàng)計的性能(neng)測試和檢(jiǎn)定,達到了(le)金屬管浮(fú)子流量計(ji)在實際應(yīng)用中的正(zheng)确⚽定位的(de)目的。
1計算(suan)機控制系(xì)統的構成(chéng)
　　水流量标(biao)準裝置計(ji)算機控制(zhì)系統舊由(yóu)計算機、高(gao)位♋水塔😘、流(liu)量實驗裝(zhuang)置、被檢表(biao)(金屬管浮(fu)子流量計(ji)㊙️)等組👅成。水(shuǐ)流量标準(zhun)裝置🐆計算(suàn)機控制系(xi)統結構圖(tú)🤞如圖1所示(shì)。
 
通觀整個(gè)控制系統(tǒng),得知:
　　計算(suan)機通過數(shu)字量采集(jí)卡7505完成電(diàn)磁閥的開(kai)/關信号、換(huan)🚶‍♀️向器的👄開(kai)/關信号及(jí)底閥的開(kai)/關信号控(kong)制，标準表(biao)的脈沖信(xin)号通過7606采(cai)集卡采人(rén)計算，電子(zǐ)秤讀數信(xin)号🏒通過RS232串(chuàn)行通訊接(jiē)口與🐉計算(suan)機進行通(tong)訊。3]通✂️過軟(ruǎn)件編程,[45]對(dui)檢定測試(shi)結果♊進行(háng)數據♍處理(li)、線性拟合(hé)等。
　　高位水(shuǐ)塔起穩定(dìng)水頭作用(yong),保證整個(ge)實驗過程(cheng)的流量穩(wen)定🤞。标⁉️準表(biǎo)和被檢表(biǎo)串聯在實(shí)驗管路中(zhōng),根據流🏃🏻‍♂️體(ti)流動連續(xù)性原理，在(zai)定常流動(dòng)下,流過它(tā)們的流量(liang)❗是相等的(de)。經标準砝(fa)碼調校電(dian)子秤可使(shi)其精度比(bǐ)标準表精(jing)度高出3倍(bei),因此用稱(chēng)重法檢定(ding)标準表,然(ran)後再用标(biao)準表檢👣定(ding)被校表。用(yòng)稱重法檢(jiǎn)定儀表朔(shuò)源性好👅,但(dan)工作效率(lǜ)低㊙️,故-一般(ban)實驗用标(biāo)準表進行(háng),并定期對(duì)标準表進(jin)行檢定。
2水(shui)流量标準(zhǔn)裝置
　　實驗(yan)裝置結構(gòu)圖如圖2所(suǒ)示:
 
　　工作過(guo)程:用水泵(bèng)将水池中(zhōng)的水打入(ru)水塔,在整(zheng)個實驗過(guo)程中使水(shuǐ)塔處于溢(yì)流狀态，以(yǐ)保證系統(tong)的🍓壓頭不(bu)變🐆。待水流(liu)穩定後,打(dǎ)開截止閥(fa),水通過标(biao)準⚽表、上遊(yóu)直管段👨‍❤️‍👨、被(bèi)檢流👉量計(ji)、下遊直管(guan)段、夾表器(qi)、調節閥、換(huàn)向器,流出(chū)實驗管路(lu)。
3金屬管浮(fú)子流量計(jì)檢定實驗(yàn)研究
　　浮子(zi)流量傳感(gan)器又稱轉(zhuan)子流量傳(chuan)感器。本實(shi)驗室用到(dào)的👣被🔞檢定(ding)浮子流量(liàng)計是金屬(shu)管浮子流(liú)量計,而金(jīn)屬管浮子(zǐ)流量💯計的(de)💃🏻檢定實驗(yàn)是流量檢(jian)測技術實(shí)驗的重點(diǎn)，也是本控(kòng)制系統設(she)計的重點(diǎn)。
　　金屬管浮(fu)子流量計(ji)引入計算(suàn)機技術取(qu)代凸輪機(ji)械結構👣進(jìn)行流量計(jì)算,将流量(liàng)信号通過(guo)傳感器、轉(zhuan)換器由數(shù)字液晶顯(xiǎn)示出來，并(bìng)通過鍵盤(pán)置人密度(dù)、溫度、壓力(lì)等工💰況參(can)數,具有智(zhì)能化、高精(jing)度、使用方(fang)☔便、工作可(kě)靠等特點(diǎn)。
　　流量傳感(gan)器是将非(fēi)電量的流(liú)量信号轉(zhuan)化爲電量(liàng)‼️信号的感(gan)應裝置,金(jīn)屬管轉子(zi)流量計輸(shu)出的則是(shi)電壓信号(hao)。由于🔅其流(liu)量-電壓特(tè)性有較強(qiang)的非線性(xing),常用最小(xiao)二乘法對(dui)其🔞進行三(san)次曲線拟(ni)合。
3.1實驗原(yuan)理
　　金屬管(guǎn)浮子流量(liang)計管體由(yóu)錐管和浮(fu)子組成,當(dang)流⛱️體自🐪下(xià)而上流人(ren)錐管時,被(bei)浮子節流(liú),當流體作(zuò)用🏒在浮🍉子(zǐ)的動壓力(li)、浮子在流(liú)體中的浮(fu)力、浮子的(de)重力達到(dào)平衡時，浮(fú)子就♻️平穩(wen)地浮在錐(zhuī)🈲管内某-位(wei)置上。浮子(zǐ)在錐管中(zhōng)的🏃‍♀️位置與(yǔ)流體流經(jīng)錐管流量(liang)的🛀🏻大小一(yi)對應。其浮(fu)子位置高(gao)度是由角(jiǎo)位移傳感(gǎn)器檢測并(bìng)轉換成電(diàn)壓信号。因(yīn)此,某一個(gè)流量點Q對(dui)應一個電(dian)壓值,實驗(yan)要求在各(gè)流量點下(xià)正反行程(cheng)各進⚽行3次(cì)實驗,将其(qí)平均值作(zuò)爲輸出電(diàn)壓V。用實驗(yan)數據拟合(he)出Q~Vo的關系(xì)式，再次進(jìn)流量檢定(dìng)實驗,以驗(yàn)證拟合公(gōng)式的拟合(he)精度。
3.2金屬(shu)管浮子流(liu)量計性能(néng)測試
　　在浮(fu)子流量計(jì)的流量範(fan)圍内選擇(zé)6~7個流量點(dian)(最好是均(jun)勻分布的(de),且由标準(zhǔn)渦輪流量(liàng)計讀取),調(diao)節閥廣]達(dá)到所✂️要求(qiu)🏃‍♀️的流📐量值(zhí)點Q(瞬時流(liú)量m'/h),測出與(yǔ)流量點Q對(duì)應💁的浮子(zi)輸出電壓(ya)V(從浮子的(de)液🚩晶顯示(shì)上讀得)。
從(cóng)小流量向(xiang)大流量測(ce)量稱正行(hang)程,反之稱(chēng)反行程。正(zhèng)反行程各(ge)3次,當測量(liàng)數據全部(bu)測量完成(cheng)時,計算機(jī)自動将㊙️各(gè)流量點的(de)電壓平均(jun)值V計算出(chu)來。
3.3拟合曲(qǔ)線Q~V0
　　根據圖(tú)3檢定測試(shì)的數據，在(zài)圖3窗口按(an)[報台計算(suàn)機自動完(wan)成用最小(xiao)二乘法拟(nǐ)合3次曲線(xiàn)91(實質爲:若(ruò)拟合n次💋曲(qu)線,則n+1個🥵待(dài)定系數,需(xū)解n+1元一次(ci)線性方程(chéng)組🥵,此程序(xù)用高斯消(xiāo)去法求解(jiě)),求🐅得浮子(zi)電壓一流(liú)量特性曲(qu)線如圖4,并(bing)得出拟合(hé)公式。
 
3.4金屬(shu)管浮子流(liu)量計的檢(jian)定
　　再次選(xuǎn)定5~6個流量(liàng)點進行測(ce)試,将這些(xie)點的浮子(zǐ)流量計的(de)輸出電壓(yā)代人拟合(hé)公式,計算(suan)出通過浮(fú)子的流量(liang)。金屬管浮(fú)子流量計(jì)的檢定計(jì)算結果如(ru)圖5所示。在(zai)圖5中，渦輪(lún)流量🌈是指(zhǐ)标準表流(liu)量，拟合曲(qu)線🛀🏻流量指(zhǐ)将浮子電(dian)壓帶人3次(cì)拟合曲線(xian)公式後計(ji)算得到的(de)浮子流量(liàng)計的流量(liàng)。
　　将浮子流(liu)量計的流(liu)量Q與标準(zhǔn)表測得的(de)流量Qo帶人(ren)計算滿度(dù)誤差[10公式(shì)(2),進而求得(dé)對應的滿(man)度誤差E,并(bing)找出最大(dà)滿度誤差(cha)Emax。
 
4結語
　　随着(zhe)計算機技(ji)術的飛速(su)發展,高等(deng)教育的深(shen)化改革,教(jiāo)學質量的(de)不斷提高(gāo),原有的實(shí)驗設備就(jiu)顯得落後(hou)了。在原有(yǒu)的高位水(shuǐ)塔的基礎(chǔ)上,對實驗(yan)設備進行(hang)了改造和(hé)擴建。除了(le)保留稱重(zhong)顯🤞示儀以(yi)獲取電子(zi)秤的讀數(shù),其餘工作(zuo)如定時、控(kong)制換向器(qì)動作、控制(zhi)底閥開關(guan)、脈沖計數(shu)等都由計(jì)算🔞機完成(chéng)。實驗🐉中做(zuò)到實時控(kòng)制、實時采(cǎi)集數據,并(bing)及時對數(shù)據進行相(xiàng)應的計算(suan)、處理。用一(yī)台計算機(jī)取代了原(yuán)來繁多的(de)儀器儀表(biao),這使得系(xì)統的整體(ti)結構趨于(yú)簡單,自動(dong)化程度更(gèng)高,實驗♻️手(shǒu)段更加先(xian)進,激發了(le)學生🈚的學(xué)習興趣。學(xué)生通過實(shí)驗過程，不(bu)僅對❗這門(men)]課加深了(le)理解,而且(qie)對本專業(ye)🚩其他課加(jia)以應用;拓(tuò)寬了知識(shi)面,感受到(dào)了計算機(ji)控制系統(tong)在流量測(cè)量領域中(zhōng)的實際應(yīng)用。同時，基(jī)于計算機(jī)的金屬管(guan)浮子流量(liang)計檢定實(shí)🏃驗系統的(de)建成，爲自(zì)動化專業(yè)以㊙️及🏃‍♂️從事(shi)流量測量(liang)方面的研(yan)究人員提(tí)供了一個(gè)良好的實(shi)驗平台。

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