基于Labview的气体流量计自动检定系统
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图 3 硬件框图 2700 是美国吉时利 ( Keithley) 仪器公司最新的数字表/ 数据 采集系统 ,2700 有 2 个插槽可用于安装开关模块 ,插槽中可插 入 7700 系列的各种模块 。7706 型多路开关卡具有 20 个模拟输 入通道 ,16 个数字量输出通道 ,2 线测阻或 4 线电阻测试 , (对于 4 线电阻测试 ,自动配对开关 - n + 10) 。温度测试 (RTD、热敏电 阻 、热电偶) ,内置冷端补偿 ,螺钉接线端子[4] 。 1. 3 输入信号的采集电路 此装置的模拟量输入有音速喷嘴前的 p0 、T0 ; 喷嘴后的混 合容器压力 p3 ;皮托管流量计的温度 T1 、压力 p1 、压差Δp1 ; 热 式质量流量计的电流信号 。 温度的测量采用四线 RTD 形式 。由于需要测量 2 个温度 信号 ,所以将 7706 的通道 1 与 11 配对测量音速喷嘴前的 T0 ,通 道 2 与 12 配对测量气体体积流量计的温度 T1 . 压力 、压差变送器[5] 及热式质量流量计输出的均为 4～20 mA 的标准电流信号 。在两线制变送器的两根导线之间接 24 VDC 电源和一个 250 Ω 电阻 ,这样将 4～20 mA 的电流信号转为 1～5 V 的直流电压信号 ,通过 2700 的开关模块 7706 测量后送 入计算机 。系统中需要测量的压力或压差信号共有 4 个 ,所以
摘要 :以 PC 机 、2700 数据采集系统为主要硬件 ,以 Labview 为软件开发平台 ,构建了气体流量计自动检定系统. 操作者 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/ 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 ;Labview 中图分类号 :TP273 文献标识码 :A 文章编号 :1002 - 1841 (2007) 08 - 0041 - 03
4 2
Instrument Technique and Sensor
百度文库
Aug12007
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 。
1 —被校的皮托管流量计 ;2 —被校的质量流量计 ;3 —滞止容器 ;4 — 音速喷嘴 ;5 —电磁阀控制的气动球阀 ;6 —汇合容器 ;7 —手动阀 ;8 — 控制薄膜阀 ; pi —压力变送器 ; Ti —温度变送器
图 2 气体流量计检定装置结构图 流量计检定系统硬件设计如图 3 所示 ,工控机采用研华 IPC - 610 型台式机 ,数据采集部分 、数字量输出部分采用 2700 数据采集系统和其配套的开关模块 7706 ; 模拟量输出部分用 SR91PID 调节器 。2700 经 RS - 232 总线接至工控机的串口 1 ; SR91 的 RS - 485 接口与 RS - 232 用转接口对接后接到计算机 的串口 2 上 。
2. The First Aircraft Institute of AVIC21 , Xi’an 710089 , China)
Abstract :It has set up to an automatic calibration system for gas flow meters ,based on PC and 2700 data collected system and soft2 ware of Labview. Operational processes include :operator inputs parameters ,the computer automated regulates membrane valves on flow ,au2 tomatic2manual opens corresponding spray nozzle. If the gas flow is stable ,regularly collects the temperature and the pressure which exists in front of spray nozzle of sound velocity and pressure which exists behind spray ,in order to calculate standard flow and measurable flow of the checked apparatus. Through making a comparison between the standard flow and the measurable flow , the flow coefficient of the checked apparatus are decided. The device can achieve automatic2manual opening spray nozzle of sound velocity ,visualized operational in2 terface ,printing certification of proof and alarming etc. Key words :gas flow ;automatic certification ;data collected system ;labview
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 VISA 函 数 。首 先 要 用 VISA OPEN 函 数 打 开 仪 器 通 讯 ; 其 次 将 一 定 的 语 句 用 VISA WRITE 写入 2700 或 SR91 调节器 。2700 或 SR91 完成相应操作 , 计算机通过 VISA READ 函数读取 2700 采集到的数据 。操作完 成后 ,用 VISA CLOSE 函数关闭与仪器间的通讯[6] 。
此装置的模拟输出为 1 个 1～5 V 的电压信号 。1～5 V 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 p 与实际检测到的音速喷嘴前压 力 p0 进行比较 ,若 p 大于 p0 就增大输出电压 (增大薄膜阀的开 度) ;若 p 等于 p0 ,保持输出电压不变 ;若 p 小于 p0 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 SR91PID 调 节器来实现 。 2 检定系统的驱动程序及软件的设计 2. 1 驱动程序
标定系数 。
1. 2 检定装置的硬件设计 如图 2 所示 ,音速喷嘴法气体流量计检定系统由滞止容
器 、汇合容器 、音速喷嘴系统及相应的管道和阀门组成[1] 。音 速喷嘴系统是由喉径分别为Φ14 、Φ20 、Φ25 、Φ28 、Φ47 的 5 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 31 种不同流量 。空压站为滞止容器提供压缩空气 , 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
2007 年 第 8 期
仪表技术与传感器
Instrument Technique and Sensor
2007 No18
基于 Labvie w 的气体流量计自动检定系统
刘荣荣1 ,容 汇2
(1. 西安航空职业技术学院电气工程系 ,陕西西安 710089 ; 2. 中国一航第一飞机设计研究院 ,陕西西安 710089)
0 引言 随着国民经济的发展 ,特别是西气东输 、各大城市的煤气
管道化 、各大油田民用天然气的商品化等政策的实施 ,使气体 的计量受到越来越多的重视[1] 。目前 ,大多流量计检定系统是 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 Labview 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 。
将通道 4～7 接 250 Ω 电阻 ,依次用于测量音速喷嘴前后的压力 p0 、p3 ,皮托管流量计的压力 p1 、压差Δp1 。通道 8 用于测量质 量流量计的电流 。 1. 4 输出信号的连接电路
数字量输出通道为 21～22 ,5 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 1 、2 、4 、8 、16 数 字 量 写 入 程 序 OUTP :DIG:BYTE X , ( @121) [4]时表示将对应打开电磁阀 1～5 。
NI Labview 是一个开放性的环境 ,这使得它与任何测量硬 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 4～10 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 行中观察数据流的变化[2] 。 1 检定系统的硬件设计原理 1. 1 音速喷嘴法的工作原理
操作者依次进行自动/ 手动被校点输入方式选择 、自动/ 手 动打开喷嘴方式选择 、皮托管/ 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 。
Automatic Calibration System for Gas Flo w Meters Based on Labvie w
LIU Rong2rong1 ,RONG Hui2 ( 1. Department of Electrical Engineering , Xi’an Aeronautical Polytechnic Institute , Xi’an 710089 , China ;
图 1 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 :
G = Kp0
(1)
T0
式中 : K 为 音 速 喷 嘴 流 出 系 数 , K = Φ [ Cd + ΔCd ( 1 -
1
)
p0/ 981066 5
[3 ]
;Φ、Cd 、ΔCd 为与音速喷嘴特性有关的出厂
音速喷嘴的结构形状如图 1 所示 。它的作用原理相当于 一只收缩喷嘴和一只扩压管所组成的功能 。当 p/ p0 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
收稿日期 :2006 - 12 - 28 收修改稿日期 :2007 - 03 - 12
p0 有关 ,又与下游压力 p3 有关 ; 当 p/ p0 小于或等于临界压比 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 。
驱动程序中包含 2700 或 SR91 所能识别的语句 ,这些语句 在 2700 或 SR91 的使用手册中可以查到 ,语句中包含所测量的 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 测量等 。 2. 2 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 ( p3/ p0 ≤01528) 时 ,流量只与音速喷嘴前的温 度 T0 、压力 p0 有关 。定时采集 T0 、p0 、p3 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 4 所示 。 2. 3 操作界面的设计
摘要 :以 PC 机 、2700 数据采集系统为主要硬件 ,以 Labview 为软件开发平台 ,构建了气体流量计自动检定系统. 操作者 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/ 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 ;Labview 中图分类号 :TP273 文献标识码 :A 文章编号 :1002 - 1841 (2007) 08 - 0041 - 03
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Instrument Technique and Sensor
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Aug12007
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 。
1 —被校的皮托管流量计 ;2 —被校的质量流量计 ;3 —滞止容器 ;4 — 音速喷嘴 ;5 —电磁阀控制的气动球阀 ;6 —汇合容器 ;7 —手动阀 ;8 — 控制薄膜阀 ; pi —压力变送器 ; Ti —温度变送器
图 2 气体流量计检定装置结构图 流量计检定系统硬件设计如图 3 所示 ,工控机采用研华 IPC - 610 型台式机 ,数据采集部分 、数字量输出部分采用 2700 数据采集系统和其配套的开关模块 7706 ; 模拟量输出部分用 SR91PID 调节器 。2700 经 RS - 232 总线接至工控机的串口 1 ; SR91 的 RS - 485 接口与 RS - 232 用转接口对接后接到计算机 的串口 2 上 。
2. The First Aircraft Institute of AVIC21 , Xi’an 710089 , China)
Abstract :It has set up to an automatic calibration system for gas flow meters ,based on PC and 2700 data collected system and soft2 ware of Labview. Operational processes include :operator inputs parameters ,the computer automated regulates membrane valves on flow ,au2 tomatic2manual opens corresponding spray nozzle. If the gas flow is stable ,regularly collects the temperature and the pressure which exists in front of spray nozzle of sound velocity and pressure which exists behind spray ,in order to calculate standard flow and measurable flow of the checked apparatus. Through making a comparison between the standard flow and the measurable flow , the flow coefficient of the checked apparatus are decided. The device can achieve automatic2manual opening spray nozzle of sound velocity ,visualized operational in2 terface ,printing certification of proof and alarming etc. Key words :gas flow ;automatic certification ;data collected system ;labview
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 VISA 函 数 。首 先 要 用 VISA OPEN 函 数 打 开 仪 器 通 讯 ; 其 次 将 一 定 的 语 句 用 VISA WRITE 写入 2700 或 SR91 调节器 。2700 或 SR91 完成相应操作 , 计算机通过 VISA READ 函数读取 2700 采集到的数据 。操作完 成后 ,用 VISA CLOSE 函数关闭与仪器间的通讯[6] 。
此装置的模拟输出为 1 个 1～5 V 的电压信号 。1～5 V 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 p 与实际检测到的音速喷嘴前压 力 p0 进行比较 ,若 p 大于 p0 就增大输出电压 (增大薄膜阀的开 度) ;若 p 等于 p0 ,保持输出电压不变 ;若 p 小于 p0 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 SR91PID 调 节器来实现 。 2 检定系统的驱动程序及软件的设计 2. 1 驱动程序
标定系数 。
1. 2 检定装置的硬件设计 如图 2 所示 ,音速喷嘴法气体流量计检定系统由滞止容
器 、汇合容器 、音速喷嘴系统及相应的管道和阀门组成[1] 。音 速喷嘴系统是由喉径分别为Φ14 、Φ20 、Φ25 、Φ28 、Φ47 的 5 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 31 种不同流量 。空压站为滞止容器提供压缩空气 , 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
2007 年 第 8 期
仪表技术与传感器
Instrument Technique and Sensor
2007 No18
基于 Labvie w 的气体流量计自动检定系统
刘荣荣1 ,容 汇2
(1. 西安航空职业技术学院电气工程系 ,陕西西安 710089 ; 2. 中国一航第一飞机设计研究院 ,陕西西安 710089)
0 引言 随着国民经济的发展 ,特别是西气东输 、各大城市的煤气
管道化 、各大油田民用天然气的商品化等政策的实施 ,使气体 的计量受到越来越多的重视[1] 。目前 ,大多流量计检定系统是 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 Labview 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 。
将通道 4～7 接 250 Ω 电阻 ,依次用于测量音速喷嘴前后的压力 p0 、p3 ,皮托管流量计的压力 p1 、压差Δp1 。通道 8 用于测量质 量流量计的电流 。 1. 4 输出信号的连接电路
数字量输出通道为 21～22 ,5 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 1 、2 、4 、8 、16 数 字 量 写 入 程 序 OUTP :DIG:BYTE X , ( @121) [4]时表示将对应打开电磁阀 1～5 。
NI Labview 是一个开放性的环境 ,这使得它与任何测量硬 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 4～10 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 行中观察数据流的变化[2] 。 1 检定系统的硬件设计原理 1. 1 音速喷嘴法的工作原理
操作者依次进行自动/ 手动被校点输入方式选择 、自动/ 手 动打开喷嘴方式选择 、皮托管/ 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 。
Automatic Calibration System for Gas Flo w Meters Based on Labvie w
LIU Rong2rong1 ,RONG Hui2 ( 1. Department of Electrical Engineering , Xi’an Aeronautical Polytechnic Institute , Xi’an 710089 , China ;
图 1 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 :
G = Kp0
(1)
T0
式中 : K 为 音 速 喷 嘴 流 出 系 数 , K = Φ [ Cd + ΔCd ( 1 -
1
)
p0/ 981066 5
[3 ]
;Φ、Cd 、ΔCd 为与音速喷嘴特性有关的出厂
音速喷嘴的结构形状如图 1 所示 。它的作用原理相当于 一只收缩喷嘴和一只扩压管所组成的功能 。当 p/ p0 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
收稿日期 :2006 - 12 - 28 收修改稿日期 :2007 - 03 - 12
p0 有关 ,又与下游压力 p3 有关 ; 当 p/ p0 小于或等于临界压比 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 。
驱动程序中包含 2700 或 SR91 所能识别的语句 ,这些语句 在 2700 或 SR91 的使用手册中可以查到 ,语句中包含所测量的 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 测量等 。 2. 2 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 ( p3/ p0 ≤01528) 时 ,流量只与音速喷嘴前的温 度 T0 、压力 p0 有关 。定时采集 T0 、p0 、p3 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 4 所示 。 2. 3 操作界面的设计