鐘罩式氣體計(jì)量器的研制

鐘罩式氣體計(jì)量器的研制

鐘源氣體計(jì)量器是測定氣體流量表的標(biāo)準(zhǔn)裝置，采用鐘源有效體積作為標(biāo)準(zhǔn)體積。當(dāng)鐘蓋下降時(shí)，通過測試管道經(jīng)檢查表可排放時(shí)鐘氣體，并比較時(shí)鐘氣體和檢表所示的氣體體積。我知道儀表的精度。它主要用于檢定:①煤氣表;②渦輪流量計(jì);③羅茨流量儀表;④小型孔板、噴嘴;⑤渦街流量計(jì);⑥其它形式的流量儀表。鐘罩式氣體計(jì)量器主要有三種工作形式:(1)手動檢測、直讀式;(2)半自動檢測(配有流量積算儀);(3)全自動檢測(計(jì)算機(jī)控制)完成對整個(gè)檢測過程的自動控制。本文將詳細(xì)介紹半自動檢測(配有流量積算儀)的實(shí)現(xiàn)方法。它采用單片機(jī)進(jìn)行檢測和控制,脈沖數(shù)據(jù)采集選用高精度、高可靠性的光電雙向編碼器,來實(shí)現(xiàn)對鐘罩的自動控制,并且以檢定煤氣表為例說明設(shè)計(jì)過程。1勞動原則和實(shí)現(xiàn)方法1.1工作原則煤氣表自動檢定儀有:單片機(jī)、DS1302日歷芯片、LED顯示器件、微型打印機(jī)、電源等組成。原理見圖1。1.2實(shí)現(xiàn)方法(1)鐘罩自動提升和自動回流①根據(jù)表1輸入理論儀表系數(shù)。②根據(jù)鐘罩式氣體計(jì)量器檢定證書的實(shí)際高度所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)容積值,測出提升脈沖數(shù)。③實(shí)際測量儀表系數(shù)K以200L鐘罩為例,按照檢定證書,鐘罩提升到160mm后下降,下降到1096.75mm停止。這個(gè)過程排出的氣體為200L。設(shè)H1=160mm,H2=1096.75mm,Q1=200L。先自動提升鐘罩并自動回程,然后記錄H11(鐘罩標(biāo)尺讀數(shù))和F1(鐘罩上升累積脈沖數(shù))。手動操作鐘罩下降,當(dāng)下降到1096.75mm附近時(shí),記錄H12(鐘罩標(biāo)尺讀數(shù))和F2(鐘罩下升累積脈沖數(shù))。儀表系數(shù)K=[(H12-H11)·Q1]/[(H2-H1)·|F1-F2|](單位:L/脈沖)重復(fù)上述過程計(jì)算出10個(gè)儀表系數(shù)后取平均值,就是實(shí)際儀表系數(shù)K。Q=K·f式中:Q為標(biāo)準(zhǔn)容積;K為實(shí)際儀表系數(shù);f為標(biāo)準(zhǔn)容積所對應(yīng)的脈沖數(shù)。根據(jù)公式計(jì)算得出所需要的標(biāo)準(zhǔn)容積。(2)自動煤氣表檢查和原理確定檢測點(diǎn)的數(shù)量在煤氣表整個(gè)流量范圍內(nèi)的7個(gè)流量點(diǎn)中至少選擇3點(diǎn),每點(diǎn)至少檢定2次,其誤差的平均值為基本誤差。標(biāo)準(zhǔn)器體積值psδ=δ1-δp(1)實(shí)測誤差公式δ1=V?VsVs×100％δ1=V-VsVs×100％(2)壓差修正公式δp=(ps?pm)?Vps?Vsδp=(ps-pm)?Vps?Vs(3)其中(1)(2)(3)公式中:δ為基本誤差;δ1為實(shí)測誤差;δp為壓差修正;V為煤氣表的指示值,L;Vs為標(biāo)準(zhǔn)器的體積值,L;ps為標(biāo)準(zhǔn)器流出氣體的絕對壓力,Pa;pm為煤氣表進(jìn)口端氣體的絕對壓力,Pa。2硬件配置2.1電機(jī)旋轉(zhuǎn)信號光電雙向編碼器,是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成電脈沖信號的傳感器。光電雙向編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長方形孔。由于光電碼盤與電動機(jī)同軸,電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí),光柵盤與電動機(jī)同速旋轉(zhuǎn),經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號,其原理框圖如圖2。通過脈沖數(shù)量就可以計(jì)算出鐘罩上升或下降的高度,進(jìn)而就可以計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)氣體的容積。為判斷旋轉(zhuǎn)方向,碼盤還可提供相位相差90°的兩路脈沖信號和零位信號。三個(gè)通道輸出信號A、B、Z。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí),通道A輸出波形超前通道B波形90°;逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí),通道A輸出波形遲通道B波形90°;光電雙向編碼器每旋轉(zhuǎn)一圈,輸出一個(gè)基準(zhǔn)脈沖。2.2檢測、控制、動態(tài)監(jiān)控和電路設(shè)計(jì)(1)光電編碼器的輸出檢測原理如圖3。R1、R2、R3、R4、R5、R6、C1、C2、C3、C4及IC1:40106史密特觸發(fā)器組成了輸入脈沖信號檢測、整形電路,保證光電編碼器的脈沖信號準(zhǔn)確無誤地到控制電路來。IC2:4013雙D觸發(fā)器、IC3:2輸入端4與非門、電阻R7、R8組成了鑒相電路,以判斷光電編碼器的正反方向。光電編碼器正向旋轉(zhuǎn):A相超前B相90°,IC2:1的2端輸出高電平,1端輸出低電平,IC3:1與非門打開、IC3:2與非門關(guān)閉,進(jìn)行加計(jì)數(shù)。光電編碼器反向旋轉(zhuǎn):B相超前A相90°,IC2:1的2端輸出低電平,1端輸出高電平,IC3:1與非門關(guān)閉、IC3:2與非門打開,進(jìn)行減計(jì)數(shù)。(2)溫度獲取、顯示電路設(shè)計(jì)控制電路原理如圖4。IC1:AT89C51是美國愛特梅爾公司的八位單片機(jī),并且?guī)?k程序存儲器,起到核心控制作用。C3、R4組成單片機(jī)上電復(fù)位電路【1】。IC4:24C16美國愛特梅爾公司16k位串行CMOSE2PROM,內(nèi)部含有2048個(gè)8位字節(jié),有一個(gè)16字節(jié)頁寫緩沖器,該器件通過I2C總線接口進(jìn)行操作,有專門的寫保護(hù)功能。它與電阻R9、R10組成了數(shù)據(jù)存儲電路,用來存儲設(shè)定值【2】。IC2:DS1302是美國DALLAS公司生產(chǎn)的高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片?？梢詫δ辍⒃?、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí),具有閏年補(bǔ)償功能,采用三線接口與CPU進(jìn)行通信。與電阻R1、R2、R3、C1、C2、XTA1組成了計(jì)時(shí)電路,準(zhǔn)確地記錄鐘罩的工作時(shí)間。IC3:MAX813具有電源監(jiān)控電路的微處理芯片,它不僅能對電源電壓實(shí)現(xiàn)監(jiān)控,而且內(nèi)部還有看門狗定時(shí)電路。與K5、D1一起構(gòu)成了看門狗定時(shí)電路,正常情況下由CPU不斷向MAX813寫入數(shù)據(jù),一旦程序跑飛,MAX813即向CPU發(fā)出復(fù)位脈沖,重新引導(dǎo)程序運(yùn)行。K1、K2、K3、K4、R11、R12、R13、R14組成了鍵盤電路,用來進(jìn)行給定參數(shù)的設(shè)置。(3)輸出驅(qū)動電路輸出驅(qū)動電路原理如圖5。R1、R2、IC1、IC2、D1、D2、BG1、BG2、繼電器1、繼電器2組成了輸出驅(qū)動電路,用來驅(qū)動鐘罩上升和下降的電磁閥。2.3顯示設(shè)備顯示電路采用CD4515四位鎖存/4-16譯碼器、CD4511BCD-鎖存/7段譯碼/驅(qū)動器和LED七段發(fā)光二極管顯示器組成。2.4普通紙編碼編碼微型打印機(jī)采用MP-40-8+針式,每行240點(diǎn)、每行字符6×8點(diǎn)陣40個(gè)、速度0.4行/s、57×Φ45普通紙。全部字符集16×16點(diǎn)陣、12×12點(diǎn)陣國標(biāo)一、二級漢字庫。2k數(shù)據(jù)緩沖區(qū),與單片機(jī)串行通信。打印格式見如圖6。3軟件方案的設(shè)計(jì)3.1檢查點(diǎn)基本運(yùn)算單片機(jī)采集由光電雙向編碼器來的脈沖信號,進(jìn)行累積流量、瞬時(shí)流量計(jì)算,自動控制各個(gè)檢定點(diǎn)?；具\(yùn)算公式如下:Q=K·f(1)式中:Q為累積流量,L;K為儀表系數(shù),L/脈沖數(shù);f為脈沖數(shù),Hz。Q1=Q/t(2)式中:Q1為瞬時(shí)流量,m3/h;Q為累積流量,L;t為時(shí)間,h。3.2程序框圖主程序框