一種基于實(shí)驗(yàn)室多路管道的高速氣體流量校準(zhǔn)系統(tǒng)及校準(zhǔn)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于實(shí)驗(yàn)室多路管道的高速氣體流量校準(zhǔn)系統(tǒng)及校準(zhǔn)方法，它包括氣源產(chǎn)生裝置、標(biāo)準(zhǔn)表區(qū)和待測(cè)表區(qū)三大部分，及主控器，其特征在于：空壓機(jī)和前儲(chǔ)氣罐構(gòu)成系統(tǒng)氣源產(chǎn)生裝置，分別安裝噴嘴流量計(jì)、渦街流量計(jì)和超聲波流量計(jì)的并聯(lián)的三路管道為系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)表區(qū)，后儲(chǔ)氣罐和分別安裝三個(gè)待測(cè)表的并聯(lián)的三路管道為系統(tǒng)的待測(cè)表區(qū)。本發(fā)明采用改進(jìn)的過(guò)程控制系統(tǒng)對(duì)流體產(chǎn)生進(jìn)行控制，提高了系統(tǒng)氣源的可靠性。創(chuàng)新式的發(fā)明了多路管道校準(zhǔn)模式，使系統(tǒng)適用能力更強(qiáng)。系統(tǒng)能夠很好的應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室氣體流量校準(zhǔn)的各項(xiàng)要求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于實(shí)驗(yàn)室多路管道的高速氣體流量校準(zhǔn)系統(tǒng)及校準(zhǔn) 方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于儀器儀表學(xué)科領(lǐng)域，涉及一種基于實(shí)驗(yàn)室多路管道的高速氣體流量校 準(zhǔn)系統(tǒng)及校準(zhǔn)方法，適用于實(shí)驗(yàn)室氣體流量的標(biāo)定。

【背景技術(shù)】
[0002] 氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置可以分成原始標(biāo)準(zhǔn)(一次標(biāo)準(zhǔn)）和傳遞標(biāo)準(zhǔn)(次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)）兩大類(lèi)， 目前國(guó)際上已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種型式的裝置。原始標(biāo)準(zhǔn)有容積法和質(zhì)量法兩類(lèi)裝置，各類(lèi)裝置 有靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法之分，因其測(cè)量難度大故本系統(tǒng)不采用此類(lèi)方法。本系統(tǒng)采用傳遞標(biāo)準(zhǔn) 法，選用具有良好重復(fù)性和穩(wěn)定性的流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表對(duì)待測(cè)表進(jìn)行標(biāo)定。采用多種控制 算法同時(shí)應(yīng)用，提高系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確性和快速性。多種標(biāo)定模式可供選擇，可對(duì)各種情況下 的流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)實(shí)驗(yàn)表進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的標(biāo)定，從而提供一 種基于實(shí)驗(yàn)室多路管道的高速氣體流量校準(zhǔn)系統(tǒng)及校準(zhǔn)方法。
[0004] 本發(fā)明技術(shù)方案之一： 一種基于實(shí)驗(yàn)室多路管道的高速氣體流量校準(zhǔn)系統(tǒng)，它包括氣源產(chǎn)生裝置、標(biāo)準(zhǔn)表區(qū) 和待測(cè)表區(qū)三大部分，及主控器，空壓機(jī)和前儲(chǔ)氣罐構(gòu)成系統(tǒng)氣源產(chǎn)生裝置，分別安裝噴嘴 流量計(jì)、渦街流量計(jì)和超聲波流量計(jì)的并聯(lián)的三路管道為系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)表區(qū)，后儲(chǔ)氣罐和分 別安裝三個(gè)待測(cè)表的并聯(lián)的三路管道為系統(tǒng)的待測(cè)表區(qū)。
[0005] 標(biāo)準(zhǔn)表區(qū)并聯(lián)的三路管道連接在前儲(chǔ)氣罐和后儲(chǔ)氣罐之間，并聯(lián)的三路管道分別 為：第一路管道上依次連接電動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥、減壓閥、噴嘴流量計(jì)和溫壓補(bǔ)償裝置；第二路 管道上依次連接電動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥、減壓閥、渦街流量計(jì)和溫壓補(bǔ)償裝置；第三路管道上依次 連接電動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥、減壓閥、超聲波流量和溫壓補(bǔ)償裝置。
[0006] 標(biāo)準(zhǔn)表區(qū)并聯(lián)的三路管道的管徑分別：為第一路管徑DN20mm，第二路管徑 DN50mm，第三路管徑DN50mm。
[0007] 待測(cè)表區(qū)并聯(lián)的三路管道中各管道依次連接減壓閥、待測(cè)流量計(jì)和溫壓補(bǔ)償裝 置。
[0008] 待測(cè)表區(qū)并聯(lián)的三路管道的管徑分別：第四路管徑DN20mm，第五路管徑DN32mm， 第六路管徑DN50mm。
[0009] 前儲(chǔ)氣罐的規(guī)格為2. 0m3 /1. 3mpa，容積總高2788mm，容積直徑1000mm，進(jìn)、出口均 為DN80mm ;后儲(chǔ)氣罐的規(guī)格為1. Om3/l. 3mpa，容積總高2331mm,容積直徑800mm,進(jìn)、出口 均為 DN65mm。
[0010] 主控器連接被控電動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥和帶溫壓補(bǔ)償?shù)牧髁坑?jì)構(gòu)成閉環(huán)回路，系統(tǒng)電源 皆由主控器提供，各傳感器連接主控器的AIW，電動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥連接主控器的AQW，主控器 通過(guò)RS485總線與PC連接。 toon] 本發(fā)明技術(shù)方案之二： 一種基于實(shí)驗(yàn)室多路管道的高速氣體流量校準(zhǔn)方法，校準(zhǔn)方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程分為控制實(shí) 現(xiàn)和組態(tài)實(shí)現(xiàn)兩部分： 控制實(shí)現(xiàn)為：控制實(shí)現(xiàn)又分為一般閉環(huán)控制和閥門(mén)的自適應(yīng)控制，控制器PLC采用組 態(tài)軟件進(jìn)行上位機(jī)檢測(cè)，根據(jù)設(shè)置好的流量值和檢測(cè)到的流量值的差值進(jìn)行運(yùn)算，并改變 套筒調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)控制管道流量的目的； PID控制器是一種線性控制器，它對(duì)給定值r(t)和實(shí)際輸出值y(t)之間的偏差e(t) 進(jìn)行控制，系統(tǒng)的被控對(duì)象為電動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥； 根據(jù)多組閥門(mén)開(kāi)度和流量的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)采用曲線擬合方法擬合出多項(xiàng)式，采用一次多項(xiàng) 式擬合方法即線性擬合并采用最小二乘法的擬合方法，將實(shí)時(shí)的設(shè)定值代入多項(xiàng)式運(yùn)算得 到一個(gè)閥門(mén)開(kāi)度參考值；再通過(guò)調(diào)節(jié)算法縮短調(diào)節(jié)時(shí)間達(dá)到優(yōu)化調(diào)節(jié)目的； 組態(tài)實(shí)現(xiàn)為：上位機(jī)選用組態(tài)軟件MCGS5. 5進(jìn)行系統(tǒng)的控制界面建立和參數(shù)的設(shè)置， 先對(duì)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的所有參數(shù)制成表格輸入到組態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，為后續(xù)組態(tài)的調(diào)用做準(zhǔn) 備； 通過(guò)組態(tài)軟件選擇所需的標(biāo)定模式中： 單路模式有9路選擇模式，對(duì)待測(cè)表而言有3種標(biāo)準(zhǔn)表選擇；通過(guò)上位機(jī)設(shè)定好參考流 量后，通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度使管道流量達(dá)到設(shè)定值，進(jìn)行流量記錄了；其后改變幾組 流量值，分別記錄下標(biāo)準(zhǔn)表和待測(cè)表的顯示數(shù)據(jù)；標(biāo)定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)表的選擇按同類(lèi)優(yōu)先原則，即 優(yōu)先保證標(biāo)準(zhǔn)表和測(cè)試表為同一類(lèi)型；同時(shí)對(duì)流體特性進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)對(duì)同種流量計(jì)在不 同管道管徑情況下的流量差異來(lái)研究流體流量特性，理論上當(dāng)流速小于50m/s、氣壓變化不 大情況下，認(rèn)為氣體為不可壓縮氣體； 多路模式共有40種，在進(jìn)行多路標(biāo)定之前要進(jìn)行單路標(biāo)定實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)表的準(zhǔn)確性， 否則將引起后面的標(biāo)定數(shù)據(jù)的無(wú)效； 多路標(biāo)定覆蓋面按標(biāo)定形式劃分，包含待測(cè)表測(cè)試性能驗(yàn)證和待測(cè)表精度標(biāo)定；按控 制方法分為l+n、2+n、3+n共三大種，其中數(shù)字代表標(biāo)準(zhǔn)表個(gè)數(shù)，η代表待測(cè)表個(gè)數(shù)；其中 1+η模式下，當(dāng)η=2, 3時(shí)共有12條通路；2+η模式下，η=1, 2, 3共有21條通路；3+η模式下， η=1，2, 3共有7條通路，按需要選擇所需的系統(tǒng)通路，多路標(biāo)定視為對(duì)待測(cè)表標(biāo)定的實(shí)際驗(yàn) 證，起到佐證其性能參數(shù)的作用。
[0012] 本發(fā)明通過(guò)與上位機(jī)相連的主控器對(duì)電動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)管道流量控 制的目的。采用的控制算法既包含閉環(huán)PID又結(jié)合了自適應(yīng)控制，能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行 環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種控制器，為控制的精準(zhǔn)度提供保障。同時(shí)系 統(tǒng)提供了設(shè)計(jì)雙儲(chǔ)氣罐能很好的穩(wěn)定管道氣流，提高校準(zhǔn)系統(tǒng)的可靠性；設(shè)計(jì)多路校準(zhǔn)管 道，可實(shí)現(xiàn)多種校準(zhǔn)模式，校準(zhǔn)系統(tǒng)適用場(chǎng)合更廣，豐富了標(biāo)定方式并提高了標(biāo)定精度。
[0013] 總之，本發(fā)明采用改進(jìn)的過(guò)程控制系統(tǒng)對(duì)流體產(chǎn)生進(jìn)行控制，提高了系統(tǒng)氣源的 可靠性。創(chuàng)新式的發(fā)明了多路管道校準(zhǔn)模式，使系統(tǒng)適用能力更強(qiáng)。系統(tǒng)能夠很好的應(yīng)用 于實(shí)驗(yàn)室氣體流量校準(zhǔn)的各項(xiàng)要求。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1、實(shí)驗(yàn)室多路管道的高速氣體流量校準(zhǔn)方法的裝置結(jié)構(gòu)圖； 圖2、標(biāo)定狀態(tài)圖轉(zhuǎn)換圖； 圖3、系統(tǒng)控制框圖； 圖4、閥門(mén)開(kāi)度閉環(huán)控制流程圖； 圖5、閥門(mén)自適應(yīng)算法實(shí)現(xiàn)。
[0015] 圖中： 圖1給出了所發(fā)明的流量校準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，基本涵蓋了系統(tǒng)的所有過(guò)程量和涉及設(shè) 備。圖2給出了校準(zhǔn)系統(tǒng)的49種校準(zhǔn)模式，其中虛線代表單路校準(zhǔn)、實(shí)現(xiàn)代表著多路校準(zhǔn)。 圖3給出了系統(tǒng)的控制框圖，圖中給出了閉環(huán)控制的各個(gè)環(huán)節(jié)。圖4給出了 PLC閉環(huán)控制 的程序流程圖。圖5為采用最小二乘法進(jìn)行多項(xiàng)式擬合的過(guò)程，擬合的多項(xiàng)式適用于閥門(mén) 的開(kāi)度控制。
[0016] 空壓機(jī)1，前儲(chǔ)氣罐2,第一路管道3-1，第二路管道3-2,第三路管道3-3,電動(dòng)套筒 調(diào)節(jié)閥4,減壓閥5,噴嘴流量計(jì)6-1，渦街流量計(jì)6-2,超聲波流量計(jì)6-3,溫壓補(bǔ)償裝置7， 后儲(chǔ)氣罐8,第四路管道9-1，第五路管道9-2,第六路管道9-3,減壓閥10、待測(cè)流量計(jì)11， 溫壓補(bǔ)償裝置12。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 實(shí)施例1 : 校準(zhǔn)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)：一種基于實(shí)驗(yàn)室多路管道的高速氣體流量校準(zhǔn)系統(tǒng)，系統(tǒng)共分為 系統(tǒng)氣源產(chǎn)生裝置、標(biāo)準(zhǔn)表區(qū)和待測(cè)表區(qū)三大部分?？諌簷C(jī)加前儲(chǔ)氣罐構(gòu)成系統(tǒng)氣源產(chǎn)生 裝置；分別安裝噴嘴流量計(jì)、渦街流量計(jì)和超聲波流量計(jì)的并聯(lián)的三路管道為系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn) 表區(qū)，后儲(chǔ)氣罐加分別安裝三個(gè)待測(cè)表的并聯(lián)的三路管道為系統(tǒng)的待測(cè)表區(qū)。
[0018] 氣源產(chǎn)生及氣體緩沖裝置：系統(tǒng)選用兩個(gè)儲(chǔ)氣罐，前儲(chǔ)氣罐的規(guī)格為 2. 0m3/l. 3mpa，容積總高2788mm，容積直徑1000mm，進(jìn)、出口均為DN80。后儲(chǔ)氣罐的規(guī)格 為1.0m3/1.3mpa，容積總高2331mm,容積直徑800mm，進(jìn)、出口均為DN65。導(dǎo)流管定制帶有 50mm, 20mm, 50mm連接接頭和定制帶有20mm, 32mm, 50mm連接接頭分別用于系統(tǒng)前儲(chǔ)氣罐與 三路標(biāo)準(zhǔn)表區(qū)的連接和后儲(chǔ)氣罐與三路實(shí)驗(yàn)表區(qū)的連接，系統(tǒng)所有選用的管道皆為304不 銹鋼材質(zhì)，接口采用法蘭連接。
[0019] 標(biāo)準(zhǔn)管道區(qū)：標(biāo)準(zhǔn)管道區(qū)由管徑分別為DN20mm、DN50mm和DN50mm的三路管 道組成，安裝標(biāo)準(zhǔn)管道上的標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)分別為噴嘴流量計(jì)、渦街流量計(jì)和超聲波流量 計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)流量傳感器有噴嘴流量計(jì)、渦街流量計(jì)、超聲波流量計(jì)，型號(hào)分別為：標(biāo)準(zhǔn)噴嘴 JCLGBY-0020024432其安裝口徑為DN20mm，具有1.0級(jí)精度，4-20MA輸出；渦街流量計(jì) JCUF-1305-1001-1010其安裝口徑位DN50精度為0. 5級(jí)，流量范圍為12. 81-339. 9立方米 /小時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)顯示，4-20MA輸出，供電電源24V其安裝方式為法蘭連接；超聲波流量計(jì)選用 美國(guó)GE公司的PT878GC-01高精度氣體超聲波流量計(jì)，精度可達(dá)0. 5%，該流量計(jì)采用外夾 安裝方式。電動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥，選用型號(hào)為ZRSM-16C其中一款為DN20mm，兩款為DN50mm閥 體材質(zhì)碳鋼，內(nèi)件不銹鋼，法蘭連接，配220V電動(dòng)執(zhí)行器，輸入輸出4-20mA，其為線性調(diào)節(jié) 閥。PLC CPU224XP集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，2輸入/1輸出共3個(gè)模擬 量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展值至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或38路模擬量I/O點(diǎn)。 2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。拓展兩 片EM235可實(shí)現(xiàn)了 4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。其他設(shè)備選型含有球形閥、減 壓閥、智能儀表、系統(tǒng)框架等。球形閥選用Q11F-16,減壓閥選用Y43H-16,系統(tǒng)采用智能型 的AI-818儀表，線性電流4?20mA電流輸出，包含人工智能調(diào)節(jié)算法，模糊PID及參數(shù)自 整定功能，精度〇. 1%。系統(tǒng)中還包含著氣罐的配套裝置如離心式油水分離器（T-002K)、主 管路過(guò)濾器（A-002K )、微霧過(guò)濾器（A-002K )。
[0020] 實(shí)驗(yàn)管道區(qū)：實(shí)驗(yàn)管道區(qū)由管徑分別為DN20mm、DN32mm和DN50mm的三路管道組 成，實(shí)驗(yàn)表可自行選擇。
[0021] 實(shí)現(xiàn)過(guò)程可分為組態(tài)實(shí)現(xiàn)和控制實(shí)現(xiàn)兩部分： 控制實(shí)現(xiàn)：控制實(shí)現(xiàn)又可分為一般閉環(huán)控制和閥門(mén)的自適應(yīng)控制，如圖3和圖4所示， 控制器PLC根據(jù)設(shè)置好的(擬采用組態(tài)軟件進(jìn)行上位機(jī)檢測(cè))流量值和檢測(cè)到的流量值的差 值進(jìn)行運(yùn)算，并改變套筒調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)控制管道流量的目的。PID控制器是一種線性控制器， 它對(duì)給定值r(t)和實(shí)際輸出值y(t)之間的偏差e(t)進(jìn)行控制；如圖5所示從本系統(tǒng)的實(shí) 際情況出發(fā)，系統(tǒng)的被控對(duì)象為電動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥，而調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)時(shí)間偏長(zhǎng)且在開(kāi)度 調(diào)節(jié)期間系統(tǒng)不能進(jìn)行參數(shù)的改變否則系統(tǒng)將進(jìn)入下一個(gè)調(diào)節(jié)周期，這將造成系統(tǒng)控制失 敗。為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間、可控制精度擬采用外加開(kāi)環(huán)控制電動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥使調(diào) 節(jié)閥開(kāi)度實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)從而減少調(diào)節(jié)時(shí)間提高控制的有效性和控制精度。根據(jù)多組閥門(mén) 開(kāi)度和流量的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)可采用曲線擬合方法擬合出合適的多項(xiàng)式，將實(shí)時(shí)的設(shè)定值代入多 項(xiàng)式運(yùn)算能夠快速的得到一個(gè)閥門(mén)開(kāi)度參考值。再通過(guò)調(diào)節(jié)算法能夠縮短調(diào)節(jié)時(shí)間達(dá)到優(yōu) 化調(diào)節(jié)目的。本系統(tǒng)流量計(jì)多數(shù)為線性部件，故考慮采用一次多項(xiàng)式擬合方法(線性擬合） 并采用最小二乘法的擬合方法。
[0022] 組態(tài)實(shí)現(xiàn)為：上位機(jī)選用組態(tài)軟件MCGS5. 5進(jìn)行系統(tǒng)的控制界面建立和參數(shù)的設(shè) 置，先對(duì)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的所有參數(shù)制成表格輸入到組態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，為后續(xù)組態(tài)的調(diào)用做 準(zhǔn)備。
[0023] 標(biāo)定過(guò)程：如圖2所示，通過(guò)組態(tài)軟件選擇所需的標(biāo)定模式，單路模式可有9路選 擇模式，對(duì)待測(cè)表而言有3種標(biāo)準(zhǔn)表選擇。通過(guò)上位機(jī)設(shè)定好參考流量后，通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào) 節(jié)閥門(mén)開(kāi)度使管道流量快速達(dá)到設(shè)定值，即可進(jìn)行流量記錄了。其后改變幾組流量值，分別 記錄下標(biāo)準(zhǔn)表和待測(cè)表的顯示數(shù)據(jù)。標(biāo)定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)表的選擇按同類(lèi)優(yōu)先原則，即優(yōu)先保證標(biāo) 準(zhǔn)表和測(cè)試表為同一類(lèi)型。本系統(tǒng)還可對(duì)流體特性進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)對(duì)同種流量計(jì)在不同管 道管徑情況下的流量差異來(lái)研究流體流量特性(理論上當(dāng)流速小于50m/s、氣壓變化不大情 況下可認(rèn)為氣體為不可壓縮氣體)。多路模式共有40種，多路標(biāo)定覆蓋面廣泛按標(biāo)定形式 劃分主要包含待測(cè)表測(cè)試性能驗(yàn)證、待測(cè)表精度標(biāo)定。按控制方法主要分為l+n、2+n、3+n 共三大種，其中數(shù)字代表標(biāo)準(zhǔn)表個(gè)數(shù)，η代表待測(cè)表個(gè)數(shù)。如圖2為多路標(biāo)定狀態(tài)圖，其中9 條虛線包含于單路分解標(biāo)定中，在此為追求圖形完整將其補(bǔ)上。在進(jìn)行多路標(biāo)定之前需進(jìn) 行單路標(biāo)定實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)表的準(zhǔn)確性，否則將引起后面的標(biāo)定數(shù)據(jù)的無(wú)效。此類(lèi)模式主要 是進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，將前端標(biāo)準(zhǔn)儀器所測(cè)的與待測(cè)表區(qū)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比用于驗(yàn)證待測(cè)表的 校準(zhǔn)效果，也可用于區(qū)分存在較大誤差待測(cè)表。其中1+η模式下，當(dāng)η=2, 3時(shí)共有12條通 路；2+η模式下，η=1，2, 3共有21條通路；3+η模式下，η=1，2, 3共有7條通路，可按需要靈 活選擇所需的系統(tǒng)通路，多路標(biāo)定可視為對(duì)待測(cè)表標(biāo)定的實(shí)際驗(yàn)證，起到佐證其性能參數(shù) 的作用。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于實(shí)驗(yàn)室多路管道的高速氣體流量校準(zhǔn)系統(tǒng)，它包括氣源產(chǎn)生裝置、標(biāo)準(zhǔn)表 區(qū)和待測(cè)表區(qū)三大部分，及主控器，其特征在于：空壓機(jī)和前儲(chǔ)氣罐構(gòu)成系統(tǒng)氣源產(chǎn)生裝 置，分別安裝噴嘴流量計(jì)、渦街流量計(jì)和超聲波流量計(jì)的并聯(lián)的三路管道為系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)表 區(qū)，后儲(chǔ)氣罐和分別安裝三個(gè)待測(cè)表的并聯(lián)的三路管道為系統(tǒng)的待測(cè)表區(qū)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于實(shí)驗(yàn)室多路管道的高速氣體流量校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征 在于：標(biāo)準(zhǔn)表區(qū)并聯(lián)的三路管道連接在前儲(chǔ)氣罐和后儲(chǔ)氣罐之間，并聯(lián)的三路管道分別為： 第一路管道上依次連接電動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥、減壓閥、噴嘴流量計(jì)和溫壓補(bǔ)償裝置；第二路管道 上依次連接電動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥、減壓閥、渦街流量計(jì)和溫壓補(bǔ)償裝置；第三路管道上依次連接 電動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥、減壓閥、超聲波流量和溫壓補(bǔ)償裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于實(shí)驗(yàn)室多路管道的高速氣體流量校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征 在于：標(biāo)準(zhǔn)表區(qū)并聯(lián)的三路管道的管徑分別：為第一路管徑DN20mm，第二路管徑DN50mm，第 三路管徑DN50mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于實(shí)驗(yàn)室多路管道的高速氣體流量校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征 在于：待測(cè)表區(qū)并聯(lián)的三路管道中各管道依次連接減壓閥、待測(cè)流量計(jì)和溫壓補(bǔ)償裝置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于實(shí)驗(yàn)室多路管道的高速氣體流量校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征 在于：待測(cè)表區(qū)并聯(lián)的三路管道的管徑分別：第四路管徑DN20mm，第五路管徑DN32mm，第六 路管徑DN50mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于實(shí)驗(yàn)室多路管道的高速氣體流量校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征 在于：前儲(chǔ)氣罐的規(guī)格為2. Om3/l. 3mpa，容積總高2788mm，容積直徑1000mm，進(jìn)、出口均為 DN80mm ;后儲(chǔ)氣罐的規(guī)格為1. 0m3/l. 3mpa，容積總高2331mm,容積直徑800mm，進(jìn)、出口均為 DN65mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于實(shí)驗(yàn)室多路管道的高速氣體流量校準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征 在于：主控器連接被控電動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥和帶溫壓補(bǔ)償?shù)牧髁坑?jì)構(gòu)成閉環(huán)回路，系統(tǒng)電源皆 由主控器提供，各傳感器連接主控器的AIW，電動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥連接主控器的AQW，主控器通 過(guò)RS485總線與PC連接。
8. -種基于實(shí)驗(yàn)室多路管道的高速氣體流量校準(zhǔn)方法，校準(zhǔn)系統(tǒng)包括包括氣源產(chǎn)生裝 置、標(biāo)準(zhǔn)表區(qū)和待測(cè)表區(qū)三大部分，及主控器，空壓機(jī)和前儲(chǔ)氣罐構(gòu)成系統(tǒng)氣源產(chǎn)生裝置， 分別安裝噴嘴流量計(jì)、渦街流量計(jì)和超聲波流量計(jì)的并聯(lián)的三路管道為系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)表區(qū)， 后儲(chǔ)氣罐和分別安裝三個(gè)待測(cè)表的并聯(lián)的三路管道為系統(tǒng)的待測(cè)表區(qū)，其特征在于校準(zhǔn)方 法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程分為控制實(shí)現(xiàn)和組態(tài)實(shí)現(xiàn)兩部分： 控制實(shí)現(xiàn)為：控制實(shí)現(xiàn)又分為一般閉環(huán)控制和閥門(mén)的自適應(yīng)控制，控制器PLC采用組 態(tài)軟件進(jìn)行上位機(jī)檢測(cè)，根據(jù)設(shè)置好的流量值和檢測(cè)到的流量值的差值進(jìn)行運(yùn)算，并改變 套筒調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)控制管道流量的目的； PID控制器是一種線性控制器，它對(duì)給定值r(t)和實(shí)際輸出值y(t)之間的偏差e(t) 進(jìn)行控制，系統(tǒng)的被控對(duì)象為電動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥； 根據(jù)多組閥門(mén)開(kāi)度和流量的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)采用曲線擬合方法擬合出多項(xiàng)式，采用一次多項(xiàng) 式擬合方法即線性擬合并采用最小二乘法的擬合方法，將實(shí)時(shí)的設(shè)定值代入多項(xiàng)式運(yùn)算得 到一個(gè)閥門(mén)開(kāi)度參考值；再通過(guò)調(diào)節(jié)算法縮短調(diào)節(jié)時(shí)間達(dá)到優(yōu)化調(diào)節(jié)目的； 組態(tài)實(shí)現(xiàn)為：上位機(jī)選用組態(tài)軟件MCGS5. 5進(jìn)行系統(tǒng)的控制界面建立和參數(shù)的設(shè)置， 先對(duì)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的所有參數(shù)制成表格輸入到組態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，為后續(xù)組態(tài)的調(diào)用做準(zhǔn) 備； 通過(guò)組態(tài)軟件選擇所需的標(biāo)定模式中： 單路模式有9路選擇模式，對(duì)待測(cè)表而言有3種標(biāo)準(zhǔn)表選擇；通過(guò)上位機(jī)設(shè)定好參考流 量后，通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度使管道流量達(dá)到設(shè)定值，進(jìn)行流量記錄了；其后改變幾組 流量值，分別記錄下標(biāo)準(zhǔn)表和待測(cè)表的顯示數(shù)據(jù)；標(biāo)定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)表的選擇按同類(lèi)優(yōu)先原則，即 優(yōu)先保證標(biāo)準(zhǔn)表和測(cè)試表為同一類(lèi)型；同時(shí)對(duì)流體特性進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)對(duì)同種流量計(jì)在不 同管道管徑情況下的流量差異來(lái)研究流體流量特性，理論上當(dāng)流速小于50m/s、氣壓變化不 大情況下，認(rèn)為氣體為不可壓縮氣體； 多路模式共有40種，在進(jìn)行多路標(biāo)定之前要進(jìn)行單路標(biāo)定實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)表的準(zhǔn)確性， 否則將引起后面的標(biāo)定數(shù)據(jù)的無(wú)效； 多路標(biāo)定覆蓋面按標(biāo)定形式劃分，包含待測(cè)表測(cè)試性能驗(yàn)證和待測(cè)表精度標(biāo)定；按控 制方法分為l+n、2+n、3+n共三大種，其中數(shù)字代表標(biāo)準(zhǔn)表個(gè)數(shù)，η代表待測(cè)表個(gè)數(shù)；其中 1+η模式下，當(dāng)η=2, 3時(shí)共有12條通路；2+η模式下，η=1, 2, 3共有21條通路；3+η模式下， η=1，2, 3共有7條通路，按需要選擇所需的系統(tǒng)通路，多路標(biāo)定視為對(duì)待測(cè)表標(biāo)定的實(shí)際驗(yàn) 證，起到佐證其性能參數(shù)的作用。
【文檔編號(hào)】G01F25/00GK104061984SQ201410304883
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】李躍忠, 熊永康, 胡開(kāi)明 申請(qǐng)人:東華理工大學(xué)