摘要:基于水流(liú)量标準裝置計(ji)算機控制系統(tǒng)，研究開發金屬(shǔ)管浮子流量計(ji) 的性能測試與(yǔ)檢定實驗。硬件(jiàn)采用數字量采(cai)集卡7505、脈沖量采(cai)集卡7606,對流量标(biao)準裝置.上各種(zhong)信号進行🌈控制(zhi)，并實時采♊集測(ce)試、檢定數據。通(tōng)過軟件編程，對(duì)測試、檢定結果(guo)🔅進行數據處理(lǐ)、曲線拟合。實驗(yàn)表明，實驗者運(yun)用所學流體力(lì)學、檢測技術、誤(wu)差理論等👣方面(mian)的知識💃🏻，對金屬(shu)管浮子流量計(ji)進行性能測試(shi)、檢定、誤差計算(suàn);并通過實驗掌(zhǎng)📐握三次曲線拟(ni)✌️合在浮子流量(liàng)計非線性特性(xing)處理上的應用(yòng)。
流量的正确測(cè)量與國民經濟(ji)、國防建設、科學(xué)研究等🐇諸多領(lǐng)域有着密切關(guān)系,對保證産品(pin)質量、提高生産(chan)效率、促進科學(xué)技術🔞的發展起(qi)着非常重要的(de)作用。随着經濟(jì)的快速發展,對(dui)完成流量測量(liàng)的流量計提出(chū)了更高的要求(qiú)。因此,本實驗室(shì)研究開發了基(jī)于計算機的金(jin)屬管浮子流量(liang)計檢定實驗系(xi)統,實現了對金(jin)屬管浮子流量(liang)計的性能測試(shì)和檢定,達到了(le)金屬管浮子流(liu)量計在實際應(ying)用中的正🧑🏽‍🤝‍🧑🏻确定(ding)位的目的。
1計算(suan)機控制系統的(de)構成
　　水流量标(biao)準裝置計算機(jī)控制系統舊由(yóu)計算機、高位水(shui)塔、流量實驗裝(zhuāng)置、被檢表(金屬(shu)管浮子流量計(ji))等組成。水流量(liàng)标準裝置計算(suan)機控制系統結(jié)構圖如圖1所示(shi)。
 
通觀整個控制(zhi)系統,得知:
　　計算(suan)機通過數字量(liang)采集卡7505完成電(diàn)磁閥的開/關信(xìn)号、換向🆚器🏃‍♀️的開(kai)/關信号及底閥(fa)的開/關信号控(kòng)制，标準表的脈(mò)沖信号通過7606采(cai)🐆集卡采人計算(suan)，電子秤讀數信(xin)号通過RS232串行通(tōng)訊接口與計算(suan)機進行通訊。3]通(tōng)過軟件編程,[45]對(dui)檢定測試結果(guǒ)🔅進行數據🙇‍♀️處理(lǐ)、線性拟合等。
　　高(gao)位水塔起穩定(dìng)水頭作用,保證(zhèng)整個實驗過程(chéng)的流🈚量穩定。标(biao)🥰準表和被檢表(biǎo)串聯在實驗管(guǎn)路中,根據流體(ti)流✂️動連續性原(yuan)理，在定常流動(dòng)下,流過它們的(de)流量是相等的(de)。經标準砝碼調(diào)校電子秤可使(shǐ)其精度比标準(zhun)表精度高出3倍(bei),因此用稱重法(fǎ)檢定标準表,然(rán)後再用标準表(biǎo)檢定被校表。用(yong)🐕稱重法檢定儀(yi)表朔源性好👣,但(dàn)工作效率低,故(gu)-一般實驗用标(biāo)準🐅表進行,并定(dìng)期對标準表🔴進(jin)行檢定。
2水流量(liàng)标準裝置
　　實驗(yàn)裝置結構圖如(ru)圖2所示:
 
　　工作過(guo)程:用水泵将水(shui)池中的水打入(ru)水塔,在整個實(shí)驗過程中使水(shui)塔處于溢流狀(zhuang)态，以保證系統(tǒng)的壓頭不變。待(dai)水流穩🔞定後,打(da)開截止閥,水通(tong)過标準表、上遊(yóu)直管段、被檢流(liu)量計、下遊直管(guan)段、夾表器、調節(jie)閥、換向器,流出(chu)實驗管路。
3金屬(shǔ)管浮子流量計(jì)檢定實驗研究(jiu)
　　浮子流量傳感(gǎn)器又稱轉子流(liú)量傳感器。本實(shí)驗室用到的被(bei)檢✍️定浮子流量(liàng)計是金屬管浮(fu)子流量計,而金(jin)屬管✊浮子流量(liàng)計的檢定實驗(yan)是流量檢測技(ji)🔞術實驗🌏的重點(diǎn)，也是本控制系(xi)統設計的重點(diǎn)。
　　金屬管浮子流(liú)量計引入計算(suan)機技術取代凸(tu)輪機械結構進(jìn)行流量計算,将(jiang)流量信号通過(guo)傳感器、轉⚽換器(qì)由數⭐字液💜晶顯(xiǎn)示出來，并通過(guo)鍵盤置人密度(du)、溫度、壓力等工(gōng)況參數,具有智(zhì)能化、高精度、使(shi)用方便、工作可(ke)靠等特點。
　　流量(liang)傳感器是将非(fei)電量的流量信(xin)号轉化爲電量(liang)💋信号的感🈲應裝(zhuang)置,金屬管轉子(zi)流量計輸出的(de)則是電壓信号(hao)。由于其流量-電(dian)壓特性有較強(qiáng)的非線性,常用(yòng)最小二乘法對(dui)其進行三次曲(qǔ)線💃拟合。
3.1實驗原(yuan)理
　　金屬管浮子(zi)流量計管體由(you)錐管和浮子組(zu)成,當流體自下(xia)而⛱️上🈲流人錐管(guan)時,被浮子節流(liu),當流體作用在(zai)浮💘子的動壓力(li)、浮子在流體中(zhōng)的浮力、浮子的(de)重力達到⚽平衡(héng)時，浮子就平穩(wen)地🌈浮在錐管内(nei)某-位置上。浮子(zǐ)在錐管中的位(wei)置與流🏒體流經(jīng)錐管流量的大(da)小一對應🐪。其浮(fú)子位置高度是(shi)由角位移傳感(gǎn)器檢測并轉換(huan)成電壓信号。因(yin)此,某一個流量(liàng)點Q對應一個電(diàn)壓值,實驗要求(qiú)在各流量點下(xia)正反行程各進(jin)行3次實驗,将其(qí)平均值作爲輸(shu)出電壓V。用實驗(yan)數據拟合出Q~Vo的(de)關系式，再次進(jìn)流量檢定實驗(yan),以驗證拟合公(gōng)式的拟合精度(du)。
3.2金屬管浮子流(liu)量計性能測試(shi)
　　在浮子流量計(ji)的流量範圍内(nei)選擇6~7個流量點(dian)(最好是均🐅勻分(fen)布的,且由标準(zhun)渦輪流量計讀(dú)取),調節閥廣]達(da)到所要求的流(liu)量值點Q(瞬時流(liú)量m'/h),測出與流量(liàng)點Q對應的浮子(zǐ)輸出電壓V(從浮(fú)子的液晶顯示(shi)上讀得)。
從小流(liú)量向大流量測(cè)量稱正行程,反(fan)之稱反行程。正(zhèng)反行程📐各3次,當(dang)測量數據全部(bu)測量完成時,計(ji)算⭐機自動将各(ge)流量點的電壓(yā)平均值V計算出(chu)來。
3.3拟合曲線Q~V0
　　根(gēn)據圖3檢定測試(shì)的數據，在圖3窗(chuāng)口按[報台計算(suàn)機自動完成用(yòng)❓最小二乘法拟(nǐ)合3次曲線91(實質(zhì)爲:若拟合n次曲(qǔ)線,則n+1個待定系(xi)數,需解n+1元一次(ci)線性方程組,此(ci)程序用高斯消(xiāo)去法求解),求得(dé)浮子🧑🏾‍🤝‍🧑🏼電壓一流(liú)量♉特性曲線如(rú)圖4,并得出拟合(he)公式。
 
3.4金屬管浮(fu)子流量計的檢(jian)定
　　再次選定5~6個(ge)流量點進行測(ce)試,将這些點的(de)浮子流😄量📞計的(de)輸👈出電壓代人(ren)拟合公式,計算(suan)出通過浮子的(de)流量。金屬管😄浮(fú)子流量計的檢(jian)定計算結果如(ru)圖5所示。在圖5中(zhong)，渦📐輪流量是指(zhǐ)标準表流量，拟(nǐ)合曲線流量指(zhi)将❤️浮子電壓帶(dai)人3次拟🌈合曲線(xiàn)公式後計算得(de)到的浮子流量(liàng)計的流量。
　　将浮(fú)子流量計的流(liu)量Q與标準表測(cè)得的流量Qo帶人(ren)🤩計算滿度誤差(chà)[10公式(2),進而求得(de)對應的滿度誤(wù)差E,并找出最大(dà)滿度🏃‍♀️誤差Emax。
 
4結語(yu)
　　随着計算機技(ji)術的飛速發展(zhǎn),高等教育的深(shēn)化改革👄,教學質(zhi)量的不斷提高(gāo),原有的實驗設(she)備就顯得落後(hou)了。在原有的高(gao)位水塔的基礎(chǔ)上,對實驗設備(bei)進行了改造和(hé)擴建。除了保留(liú)稱重顯示儀以(yi)獲取電子秤的(de)讀數,其餘工作(zuo)如定時、控制換(huan)向器動作、控制(zhi)底閥開關、脈沖(chòng)計數等都由計(ji)算機完成。實驗(yan)中做到實時控(kòng)制、實時采集數(shu)據,并及時對數(shu)據進♊行相應的(de)計算、處理。用一(yi)💛台計算機取代(dài)了原來繁多的(de)儀器儀表,這使(shi)得系統的整體(tǐ)結構趨于簡單(dan),自動化程🔆度更(gèng)高,實驗手段更(gèng)🛀加先進,激發了(le)學生的學習興(xìng)趣。學生通過實(shi)驗過程，不僅對(duì)這門]課加💯深了(le)理解,而且對本(běn)專業☂️其他課加(jia)以應用;拓寬了(le)知識面,感受到(dào)了計算機控制(zhì)系☎️統在流量測(cè)量領域中的實(shi)💘際應用。同時，基(ji)于計算機的金(jīn)屬管浮子流量(liàng)計檢定實驗系(xì)統的建成，爲自(zì)動化專業以及(ji)從事流量測量(liang)方面的研究人(ren)員提供🈚了一個(gè)良好的實驗平(píng)台。

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