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摘 要：為提高標定的精確度和標定效率擴大標定系統(tǒng)適用范圍，減少人為因素帶來的誤差設計了這套流量計標定系統(tǒng)。本系統(tǒng)以標準表法和容積法為主秤重法為輔。采用變頻調節(jié)技術由PLC、變頻器和計算機進行精密控制和調節(jié)實現流量計標定過程的全自動化。

關鍵字：流量計 標定方法 PLC 變頻器 組態(tài)軟件

    一 總體構思

    整個系統(tǒng)分標定裝置部分與由PLC和計算機構成的控制部分。

    1. 標定裝置部分

    考慮到標準表法高效、準確、鑒定范圍易拓寬的優(yōu)點而容積法又有高精確度適合標定大流量裝置的特點，因此采用這兩種方法為系統(tǒng)的主要標定方法。為使本套系統(tǒng)適合標定微小口徑流量計，還結合了秤重法。

    標定裝置設兩級標定基準容積法中的標準容器為一級基準，標準表法的標準表為二級基準，容積法可用來標定標準表，確保二級基準的精確度。

    裝置根據流量計口徑大小分3個臺位，每個臺位有4個管路，主要用于標準表法標定。

    裝置中有兩組標準容器，用于容積法標定。1號和2號臺位合用其中的一組大標準容器組，其結構圖如圖1所示。

    2. 系統(tǒng)控制部分

    控制部分的硬件使用的是三菱公司（Mitsubishi）的變頻器FR-A540，以及FX_2N系列的PLC、2AD模塊和2DA模塊。

    通過變頻器使電動機軟起動（電動機可從0~5OHz緩慢起動），減少泵因高速起動引起電流對電網的沖擊消除泵的喘振現象使流量平穩(wěn)調節(jié)增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。以PLC作為現場控制器。通過DA模塊調節(jié)變頻器的頻率在0~5OHz范圍內變化，實現電動機的無級調速：通過AD模塊采集壓力傳感器和被校表（即待標定的流量計）的4~2OmA模擬信號，同時系統(tǒng)中實時數據（包括實時標定數據和控制標志信號）通過PLC的I/O節(jié)點傳送到計算機。

    軟件使用的是監(jiān)控組態(tài)軟件—力控（ForceControl）和Visual Basic6.0編程軟件。計算機通過監(jiān)控系統(tǒng)應用程序進行標定過程的實時監(jiān)控，標定數據的采集、處理、保存查詢和打印實現人機的交互功能。

    控制部分框架如圖2所示。

    二 工作原理

    1. 標準表法

    通過在一段標定時間內（應設為標定時間足夠大以保證標定精確度），同時采集由被校表和標準表輸出的脈沖數，計算出累積流量，從而確定被校表的誤差。流量計基本誤差為：

           （1）

    式中，Q_m— 被校流量計表示的流量值
          Q_s— 標準流量計測出的流量值
          Q_max— 被校流量計滿量程的流量值

    測試中可選擇每個流量點標定3次。每一點的重復性誤差E₂為：

           （2）

    式中，S— 標準偏差
          Q₁— 同一流量點第i次被校表的流量值
          — 同一流量點上被校表流量的平均值

    “標準表法”作為裝置的二級基準，可標定精確度等級比標準表低的流量計。

    2. 靜態(tài)容積法

    靜態(tài)容積法就是一種以標準容器為基準的標定方法。由標準容器、換向器、計時器組成。在換向器上裝有一對光電管，計算機接收通過光電管的信號以啟動和關閉定時器。標定時換向器換向，系統(tǒng)在此同時自動開啟計時器，并采集被校表的脈沖數，當達到標準容器的標稱容積后，系統(tǒng)將自動切換換向器至旁路，同時停止計時和停止被校表脈沖數，同樣可以通過式（1）、（2）計算被校表的基本誤差和重復性誤差。

    靜態(tài)容積法作為本套標定裝置的一級基準。

    3. 動態(tài)秤重法

    動態(tài)秤重法是以標準秤為基準的標定方法，一般用于小流量的標定。本裝置中3號臺位中的兩條管路用秤重法。

    打開電磁閥，將水收集在秤重容器內，當達到預定的初值時，啟動計時器計時并采集被校表的脈沖數；當收集的水量達到預定的終止值時，停止計時器計時并停止采集被校表脈沖數（換算到累積流量）。由所得水量的重量和時間可計算出標準流量，再根據式（1）、（2）確定被校表的基本誤差和重復性誤差。其中標準流量按下式計算（不考慮容器的溫度變化的影響）：

    式中，M— 稱得的水的質量，Kg
         ρ— 水在t₀（20℃時）的密度
         β— 水的膨脹系數，1/℃
         T— 計時器計時時間，S

    三 系統(tǒng)組態(tài)與軟件編程

    整個標定系統(tǒng)的軟件編程中，通過PLC程序控制流量計自動標定過程：使用力控組態(tài)軟件對系統(tǒng)進行組態(tài)，實現友好的人機交互界面。

    1. PLC程序

    按3種標定方法分為3部分。其中標準表法和容積法又分別可選擇自動和手動標定方式。標準表法中自動標定方式的程序流程如圖3。

    2. 計算機監(jiān)控程序

    通過力控的I/O驅動獲取由PLC傳給計算機在標定過程中的標志信號和實時數據以及下傳設定參數和命令信號。

    用戶通過計算機界面控制標定過程如控制標定步驟、調節(jié)變頻器頻率、調節(jié)閥開度等。

    標定數據由計算機自動采集，或人工輸入，并由計算機進行數據處理和保存。使用Access數據庫和SOL語言保存標定結果，而使用txt文檔保存每次標定設定的參數以供下次標定時調用。通過在EXCEL應用程序和力控應用程序之間按DDE方式建立起Client/Server關系，無需人工輸入報表數據即可完成標準報表的打印功能。

    使用力控提供的DBCOM控件，用VB6.0制作的小程序即可使用戶通過局域網，訪問標定現場的主機來查看到標定流程和實時數據，并且無需在計算機上安裝力控監(jiān)控程序。

    監(jiān)控程序中設置二級密碼，只有“管理員身份”登入時，才可修改數據庫數據及已設置的參數，確保系統(tǒng)數據庫的安全性。

    四 結束語

    本裝置可標定電磁流量計、渦輪流量計、超聲流量計以及轉子流量計等，標定流量計口徑ф2.5~ф200， 流量范圍6L/h~300m³/h，裝置總不確定度≤±0.2%。裝置自2004年11月投入使用以來，性能可靠，運行穩(wěn)定。

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