zlj-1型鐘罩流量計(jì)檢定儀的研制

zlj-1型鐘罩流量計(jì)檢定儀的研制

風(fēng)速和風(fēng)速是礦山安全的重要參數(shù)之一。風(fēng)流不但能夠給礦井提供足夠的新鮮空氣,創(chuàng)造必要的工作條件,保證井下工人呼吸需要的氧氣,而且能夠沖淡甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)等各種有害氣體,排除礦塵,降低井下溫度,保證煤礦的安全生產(chǎn)。因此準(zhǔn)確測(cè)量井下風(fēng)速、風(fēng)量的變化情況,對(duì)礦井的安全生產(chǎn)具有一定的重要性。目前測(cè)定的礦井風(fēng)量的儀表,普遍采用的是流量計(jì)。各種流量計(jì)在購(gòu)置時(shí)都附有真實(shí)流量(1/min)和流量計(jì)流量(格/min)關(guān)系的性能檢定曲線,但在使用過程中,由于流量計(jì)運(yùn)動(dòng)部件的摩擦與磨損、礦塵的堵塞與潮濕空氣的影響,以及工作中因不慎發(fā)生的碰撞、震動(dòng),都會(huì)使流量計(jì)的流量與真實(shí)流量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系發(fā)生變化,這就需要對(duì)流量計(jì)進(jìn)行整修和重新檢定。通常每臺(tái)流量計(jì)使用半年后就必須進(jìn)行重新檢定。流量計(jì)的重新檢定通常采用鐘罩式氣體計(jì)量器進(jìn)行。大同礦務(wù)局通風(fēng)處即使用圖1所示的流量計(jì)檢定系統(tǒng)。但由于該檢定器采用了U型壓力計(jì)和水銀溫度計(jì)人工測(cè)量器內(nèi)壓力和溫度、計(jì)前壓力和溫度。眼睛觀看壓力和溫度的示值格數(shù),這項(xiàng)工作靠手工測(cè)量和人工計(jì)算,工作量大而且難以保證準(zhǔn)確,為此筆者研制ZLJ-1型鐘罩流量計(jì)檢定儀。這也是繼文獻(xiàn)介紹的FBY-1型風(fēng)洞風(fēng)表檢定儀之后的補(bǔ)充研究。1主要功能和參數(shù)1.1氣體計(jì)量器內(nèi)和被檢流量計(jì)有限流量pa和自動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)能用光電管裝置自動(dòng)測(cè)量出鐘罩式氣體計(jì)量器中排出的氣體體積(l)和排出時(shí)間(min)。能自動(dòng)測(cè)量出鐘罩式氣體計(jì)量器內(nèi)和被檢流量計(jì)前面的氣體絕對(duì)壓力(Pa),以替代U型壓力計(jì),及自動(dòng)測(cè)量出鐘罩式氣體計(jì)量器內(nèi)和被檢流量計(jì)前面的氣體絕對(duì)溫度(K),以替代水銀溫度計(jì),能輸入環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù),能依據(jù)測(cè)試結(jié)果和輸入的參數(shù)計(jì)算出流量計(jì)在刻度狀態(tài)下的實(shí)際流量(1/min)和示值誤差,以替代人工繁瑣的計(jì)算,并能將計(jì)算結(jié)果打印出來。1.2溫度條件。據(jù)專業(yè),在建構(gòu)過程中,把生(1)動(dòng)態(tài)測(cè)量精度5‰;(2)靜態(tài)測(cè)量精度3‰;(3)測(cè)量范圍:0～99991/min;(4)儀表輸出口:串口;(5)電源:220V±10%;50Hz;(6)環(huán)境條件:溫度-20℃～40℃;濕度95%以下;粉塵濃度在30±5mg/ma;(7)顯示方式:數(shù)碼顯示;(8)TPμP-40P并行面板式智能微型打印機(jī)輸出。2測(cè)量流量計(jì)ZLJ-1鐘罩流量計(jì)檢定儀是用于測(cè)量鐘罩式氣體計(jì)量器器內(nèi)絕對(duì)壓力及其單位時(shí)間內(nèi)排出氣體的體積,和測(cè)量被檢流量計(jì)計(jì)前絕對(duì)壓力兩種功能于一體的新型測(cè)量?jī)x表,它通過安裝在儀表內(nèi)的兩個(gè)絕壓傳感器,替代U型壓力計(jì),經(jīng)過氣體壓力傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào),經(jīng)過8031單片機(jī)系統(tǒng)處理,即可實(shí)時(shí)檢測(cè)并記錄到器內(nèi)和計(jì)前絕壓;亦可通過安裝于鐘罩式氣體計(jì)量器上的光電管裝置,檢測(cè)出計(jì)量器單位時(shí)間內(nèi)排出氣體的體積;在測(cè)量器內(nèi)、計(jì)前絕對(duì)壓力的同時(shí),可利用恒流源信號(hào)轉(zhuǎn)換出器內(nèi)、計(jì)前的絕對(duì)溫度來。再通過鍵盤輸入大氣壓力、室溫、每毫米排出氣體體積、計(jì)量時(shí)間的刻度間距、流量計(jì)上限刻度流量等參數(shù),從而可計(jì)算出它的實(shí)際流量等。圖2給出ZLJ-1型鐘罩流量計(jì)檢定儀系統(tǒng)模型圖。現(xiàn)分述如下:2.1槽型光柵傳感器檢測(cè)裝置由光敏三度極管3DU4等元件組成的單位時(shí)間排出氣體體積的光電管檢測(cè)裝置,是利用了槽型光敏三極管3DU4來檢測(cè)鐘罩式氣體計(jì)量器上的排泄指針的位置。放大器OP07等元件組成的消除環(huán)境光干擾電路和放大電路,以及斯密特74LS14后處理電路使得檢測(cè)系統(tǒng)更加可靠準(zhǔn)確。2.2實(shí)時(shí)氣體絕對(duì)溫度檢測(cè)通過安裝在儀表內(nèi)的兩個(gè)絕壓傳感器,既可替代U型壓力計(jì),又可替代水銀溫度計(jì),經(jīng)過氣體壓力傳感器的壓力信號(hào)和恒源溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),經(jīng)過8031單片機(jī)系統(tǒng)處理,即可實(shí)時(shí)檢測(cè)并記錄到器內(nèi)和計(jì)前絕對(duì)壓力和絕對(duì)溫度。由軟管、氣體絕壓傳感器(CYX5K型,量程0KPa～5KPa)、高阻抗輸入差分放大器(ZF430恒流源、LM324和OP07等元件組成)、A/D轉(zhuǎn)換(ADC0809)、8031單片機(jī)等組成了上述檢測(cè)系統(tǒng)。測(cè)到了這些參數(shù)后,加上輸入檢測(cè)時(shí)的環(huán)境參數(shù),如大氣壓力、溫度、空氣密度、訂正系數(shù)、每毫米排出氣體體積、計(jì)量時(shí)間的刻度間距、流量計(jì)上限刻度流量等,就可以計(jì)算出相應(yīng)的實(shí)際流量值及示值誤差等。2.38計(jì)檢定儀樣機(jī)照片系統(tǒng)對(duì)8031系統(tǒng)筆者亦選用了武漢尚吉電子研究所生產(chǎn)的SCB-I型分體式單片單板機(jī)直接使用。圖3給出了ZLJ-1型鐘罩流量計(jì)檢定儀樣機(jī)照片。該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):①采用8031單片機(jī),硬件系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化,從而使系統(tǒng)工作可靠,又可節(jié)省投資。②系統(tǒng)安裝的光電管開關(guān)讀數(shù)裝置,使得時(shí)間的計(jì)量不用再卡秒表,而用單片機(jī)內(nèi)的時(shí)鐘自動(dòng)進(jìn)行,從而提高了測(cè)量的精度。③采用先進(jìn)的抗干擾軟件技術(shù),可在干擾較強(qiáng)的環(huán)境下正常工作。④由于采用了壓力和溫度的自動(dòng)檢測(cè)裝置,顯著減少了因?yàn)槿斯y(cè)量所造成的各種隨機(jī)誤差。3軟件方案的設(shè)計(jì)3.1流量計(jì)測(cè)量方法我們?cè)O(shè)計(jì)軟件時(shí),常以下述的思路來代替程序框圖,下面是該檢定儀8031系統(tǒng)測(cè)量計(jì)算子程序的思路(僅以測(cè)量第一點(diǎn)為例):①在U狀態(tài)下,按鍵,顯示U11,開計(jì)數(shù)器中斷。②中斷時(shí)即計(jì)時(shí)刻?T1,再次中斷時(shí)計(jì)時(shí)刻?T2,之后關(guān)中斷。③若T1為零時(shí),等光電管第一次中斷,即轉(zhuǎn)③。④讀鐘罩氣體計(jì)量器內(nèi)和被檢流量計(jì)前面的氣體絕對(duì)壓力Ps,Pm.⑤讀鐘罩氣體計(jì)量器內(nèi)和被檢流量計(jì)前面的氣體絕對(duì)溫度Ts,Tm.⑥若T2為零時(shí),等光電管第二次中斷,即轉(zhuǎn)⑥。⑦計(jì)算開中斷時(shí)間τ=T2-T1,單位:十毫秒。并計(jì)算排出的氣體體積V=K·h0,K為鐘罩流量計(jì)每毫米排出氣體體積(升),h0為計(jì)量時(shí)間的刻度間距(mm)。程序開始已設(shè)置,還可以按[輸入]鍵修改。⑧計(jì)算并顯示流量計(jì)在刻度狀態(tài)下的實(shí)際流量Q(1/min):Q=322.8*V/τ*Ps/Ts*sqr(Tm/Pm)⑨按任意鍵則顯示y,請(qǐng)輸入在此次測(cè)定時(shí)的,流量計(jì)在刻度流量Q1(升/分),之后計(jì)算流量計(jì)示值誤差Δ=(Q-Q1)/Qmax*100%.Q1為流量計(jì)在刻度流量、Qmax為流量計(jì)的上限刻度流量。系統(tǒng)主程序和文獻(xiàn)類似,其它子程序從略。3.2漢字提示的輸出在單片機(jī)系統(tǒng)中通常采用微型打印機(jī)打印少量的測(cè)試結(jié)果,筆者常采用漢字提示使之輸出更清楚明了。下面是筆者使用多年BASIC實(shí)用程序清單,只要把本程序的數(shù)據(jù)語(yǔ)句修