基于Labview的气体流量计自动检定系统

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滞止容器中的空气压力由控制 薄 膜 阀 的 开 度 来 进 行 调 节， 根据
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流 量 大 小 选 定 不 同 的 喷 嘴 组 合 后， 压缩空气顺次经过音速喷 嘴、 汇合容器、 被校表， 最后排入大气。
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［ !］ 行中观察数据流的变化 。
图(
音速喷嘴原理图
根据流体流动连 续 性 原 理、 能 量 守 恒、 绝热过程以及附面 层理论， 可以得出通过音速喷嘴的气体质量流量公式： #R $! " （%）
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式中：$ 为 音 速 喷 嘴 流 出 系 数，$ R !［ & M S !& M（ % $
［ (］ % ） ； & M、 !& M 为与音速喷嘴特性有关的 出 厂 !、 ! ! " " T& U "## V
! —被校的皮托管流量计； " —被校 的 质 量 流 量 计； # —滞 止 容 器； $ —音速喷嘴； % —电 磁 阀 控 制 的 气 动 球 阀； & —汇 合 容 器； ’ —手 动阀； " ) —温度变送器 ( —控制薄膜阀； ! ) —压力变送器； 图! 气体流量计检定装置结构图
［ $］ （ H !"!） 时表示将对应打开电磁阀 ! = % 。 AB<+： 2*C： DE<F G，
［ %］ 的计量受到越来越多的重视 。目 前， 大多流量计检定系统是
又与下游压力 ! ( 有 关； 当 ! " !" 小 于 或 等 于 临 界 压 比 ! " 有关， 时， 气体通过音速 喷 嘴 的 质 量 流 量 将 是 一 个 定 值， 也就是流量 只与上游压力、 温度有关， 所以有利于提高其测量准确度。
!""’ 年 第&期
仪 表 技 术 与 传 感 器
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基于 !"#$%&’ 的气体流量计自动检定系统
刘荣荣% ， 容 汇!
)(**+, ； )(**+,） （( ) 西安航空职业技术学院电气工程系， 陕西西安 陕西西安 - ) 中国一航第一飞机设计研究院，
一只收缩喷嘴和一只扩压管 所 组 成 的 功 能。当 ! " ! " 大 于 临 界 压比时， 喷嘴与其 他 亚 音 速 节 流 装 置 一 样， 流量既与上游压力
速喷嘴系统是由 喉 径 分 别 为 "%6 、 "!" 、 "!V 、 "!& 、 "6’ 的 V 种 音 速喷嘴并联组成， 通过电磁阀根 据 流 量 大 小 选 定 不 同 的 喷 嘴 组 合， 可产生 (% 种不同流量。空 压 站 为 滞 止 容 器 提 供 压 缩 空 气，
驱动程序中包含 "’.. 或 /01! 所 能 识 别 的 语 句， 这些语句 语句中包含所测量的 在 "’.. 或 /01! 的使用手 册 中 可 以 查 到， 物理量单位的选择、 类型、 要闭合 的 通 道、 数字滤波及进行几次
图" 硬件框图
测量等。 ! $! 流程图 检定装置工作过 程： 操 作 者 输 入 参 数， 根据流量大小自动 或手动选择电磁 阀 开 关， 打 开 气 源 管 道 的 总 进 气 阀， 打开薄膜 阀， 等待流量稳定 （ ! # $ ! . ! . L %"(） 时， 流量 只 与 音 速 喷 嘴 前 的 温 压力 ! . 有 关。 定 时 采 集 " . 、 度 ". 、 !. 、 ! # 以 及 被 校 表 的 温 度、 压力、 电流等值， 计 算 出 被 校 表 所 测 流 量 值、 标 准 流 量 值， 二者 比较得出被校 表 的 流 量 系 数 及 准 确 度。 根 据 工 作 过 程 确 定 的 流程图如图 $ 所示。 ! $" 操作界面的设计 操作者依次进行自动 9 手动被 校 点 输 入 方 式 选 择、 自动 9 手 动打开喷嘴方 式 选 择、 皮 托 管 9 质 量 流 量 计 选 择 后， 按 “开 始 检 测” 按钮运行程序， 即可选通某 路 音 速 喷 嘴， 根据校验点流量打 开薄膜阀， 等待流 量 稳 定 后 依 次 测 量 音 速 喷 嘴 前 后 压 力、 温度 等值， 计算标准流量、 测量流量， 将所得各数据记录在流量计检 定记录表中。 按 “检 定 结 果” 按 钮 可 以 查 看 检 定 记 录； 按 “打 印 证书” 按钮打印证书； 检定过程 中 如 果 压 力 超 范 围， 报警指示灯 立即由绿色变为红色， 警示操 作 人 员 及 时 采 取 措 施。 操 作 界 面 图略。
在 手 动 下 完 成， 通过手动调节标准装置上游的闸阀来标定流 量， 没有可视的操作界面， 工作中 费 时 费 力， 特别是手动控制现 场噪音极大， 对 操 作 人 员 的 身 体 造 成 很 大 危 害。 基 于 ,-./012 的气体流量计自动检定装置不 仅 很 好 地 解 决 了 以 上 问 题， 而且 具有硬件连接简单、 编程容易、 操作界面美观等优点。 这使得它与任何测量硬 @7 ,-./012 是一个开 放 性 的 环 境， 件之间的连接都 非 常 简 单； 它 是 一 种 图 形 化 编 程 语 言， 易用易 学， 它所提供的工具使它编程比使用其他语言快 6 Q %" 倍； 提供 灵活的调试手段， 既 可 以 设 置 断 点 又 可 以 设 置 探 针， 在程序运
此装置的模拟输出为 ! 个 ! = % @ 的 电 压 信 号。 ! = % @ 的 电压信号控制薄膜阀的开度， 以 调 节 滞 止 容 器 中 的 压 力。 将 当 前校验点所对应的设定 压 力 ! 与 实 际 检 测 到 的 音 速 喷 嘴 前 压 若 ! 大于 ! . 就增大输出电 压 （增 大 薄 膜 阀 的 开 力 ! . 进行比较， 度） ； 若 ! 等于 ! . ， 保持输出电压 不 变； 若 ! 小 于 !. 就 迅 速 减 小 输出电压、 减小薄膜阀 的 开 度。 这 一 控 制 过 程 通 过 /01!+*2 调 节器来实现。 ! ! $# 检定系统的驱动程序及软件的设计 驱动程序 硬件驱动程序是应用软件对 硬 件 的 编 程 接 口， 它包含着特 定硬件可以接受的操作命令， 完成与硬件之间的数据传递。 工控机 与 仪 器 间 通 讯 时， 要 用 到 @*/? 函 数。 首 先 要 用 其 次 将 一 定 的 语 句 用 @*/? @*/? A+FI 函 数 打 开 仪 器 通 讯； J0*<F 写入 "’.. 或 /01! 调节器。 "’.. 或 /01! 完成相应操作， 计算机通过 @*/? 0F?2 函数读 取 "’.. 采 集 到 的 数 据。 操 作 完
将通道 $ = ’ 接 "%. " 电阻， 依次用于测量音速喷嘴前后的 压 力 皮托管流量计 的 压 力 ! ! 、 压 差 !! ! 。 通 道 ( 用 于 测 量 质 !. 、 !# ， 量流量计的电流。 # $% 输出信号的连接电路 数字量输出通道为 "! = "" ， % 个数字量用于控制各喷嘴后 电磁阀的开关， 以选择不同的 喷 嘴 组 合。每 个 数 字 量 输 出 控 制 一个继电器线 圈。 通 过 继 电 器 线 圈 得 电 带 动 继 电 器 动 作 从 而 控 制 电 磁 阀 的 开 关。 分 别 将 ! 、 "、 $、 (、 !& 数 字 量 写 入 程 序
［ &］ 成后， 用 @*/? ,KA/F 函数关闭与仪器间的通讯 。
流量计检定 系 统 硬 件 设 计 如 图 # 所 示， 工控机采用研华 数 据 采 集 部 分、 数 字 量 输 出 部 分 采 用 "’.. *+, - &!. 型台式 机， 数 据 采 集 系 统 和 其 配 套 的 开 关 模 块 ’’.& ； 模拟量输出部分用 /01!+*2 调节器。 "’.. 经 0/ - "#" 总 线 接 至 工 控 机 的 串 口 ! ； /01! 的 0/ - $(% 接 口 与 0/ - "#" 用 转 接 口 对 接 后 接 到 计 算 机 的串口 " 上。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
摘要： 以 *+ 机、 以 ,-./012 为软件开发平台， 构建了气体流量计自动检定系统 ) 操作者 !’"" 数据采集系统为主要硬件， 输入参数， 计算机根据流量大小自动调节薄膜阀、 自动打开相 应 的 喷 嘴 开 关 或 手 动 控 制 喷 嘴 开 关， 等 待 流 量 稳 定 后， 定时 采集音速喷嘴前后压力、 温度等值， 计算出被校表所测流量值、 标准流量值， 二者比较得出被校表的流量系 数。 实 现 自 动 3 手动控制喷嘴开关、 可视化的操作界面、 打印证书及报警等功能。 关键词： 气体流量； 自动检定； 数据采集系统； ,-./012 中图分类号： 4*!’( 文献标识码： 5 文章编号： （!""’） %""! $ %&6% "& $ ""6% $ "(
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检定系统的硬件设计原理 音速喷嘴法的工作原理 音速喷嘴的结 构 形 状 如 图 % 所 示。 它 的 作 用 原 理 相 当 于
标定系数。 ( A检定装置的硬件设计 如图 ! 所 示， 音速喷嘴法气体流量计检定系统由滞止容
［ %］ 。音 器、 汇合容器、 音速喷嘴系统及相应的管道和阀门组成