摘要：通過對分體式電磁流量計工作原理及使用中測量誤差產(chǎn)生原因的分析，提出一種便于操作的系統(tǒng)校準方法。調(diào)整流量計閘門時間，使其與流量計儀表系數(shù)相匹配來修正測量誤差。同時校正流量計模擬輸出信號，實現(xiàn)流量計、流量計和計算機（或其他測量設(shè)備）的整體系統(tǒng)校準。**后通過試驗驗證該校準方法的可行性及流量計系統(tǒng)校準的必要性。

 

分體式電磁流量計（以下簡稱電磁流量計）是德國威仕公司（VSE）生產(chǎn)的一種脈沖輸入型流量流量計表，與該公司VS型流量傳感器（以下簡稱流量計）配套使用，作為流量測試系統(tǒng)的主體。一般在實際工作中，流量計和流量計是分開單獨校準，使用時按量程匹配的原則直接連接進行測量。由于沒考慮到流量計性能變化的影響，這樣的測量結(jié)果顯然是不準確的，存在測量誤差。配套使用的流量測試系統(tǒng)應(yīng)進行配套校準才能保證測量的準確度。但是，配套校準的方法受條件限制，不易實現(xiàn)。那么怎樣才能解決由于流量計和流量計分開校準而在實際應(yīng)用中造成的測量誤差問題，達到配套校準的效果。該文提出一種便于操作、效率高，在實驗室即可完成的系統(tǒng)校準方法。

 

1、流量計的工作原理

分體式電磁流量計原理框圖如圖1所示。流量計采集與之配套流量計輸出的兩路相位差90°脈沖信號，將其轉(zhuǎn)換為4倍脈沖頻率。在閘門信號的取樣時間內(nèi)脈沖計數(shù)器進行計數(shù)，將取樣時間內(nèi)計入的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成瞬時流量并顯示。流量計同時輸出與流量對應(yīng)的模擬電壓或電流信號和流量方向識別信號。

 

2、測量誤差產(chǎn)生原因分析

由流量計工作原理知，閘門時間決定流量示值。流量計閘門時間根據(jù)流量量程及小數(shù)位數(shù)已在出廠時設(shè)置好，并顯示于儀表側(cè)面。以40L量程的流量計為例，儀表參數(shù)見圖2。

圖2除標明閘門時間還包括流量計量程、配套流量計量程、流量計輸出頻率范圍，以及模擬輸出信號類型和范圍，這些參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)、對應(yīng)的。將圖2參數(shù)應(yīng)用到流量測試系統(tǒng)中，信號的傳輸與參數(shù)對應(yīng)關(guān)系見圖3。

以圖3數(shù)據(jù)為例，正常情況下，流量測試系統(tǒng)中各參數(shù)間滿足圖3的要求。那么流量計、流量計、計算機三者之間的流量示值一致。但在實際應(yīng)用中，流量計因長期使用出現(xiàn)磨損、腐蝕、老化等原因，造成流量計性能變化，儀表系數(shù)K（通過流量計的單位體積流量所對應(yīng)的信號脈沖數(shù)，單位：1/L）發(fā)生改變。根據(jù)流量方程：Q =f /K，流量Q不變，系數(shù)K改變，頻率f 也必然改變。但是流量計是出廠時設(shè)置的閘門時間T(0.6s)、流量Q（40L）和頻率f(1666.7Hz)的這種確定對應(yīng)關(guān)系。所以，性能改變后的流量計儀表系數(shù)K與流量計閘門時間系數(shù)T不匹配，出現(xiàn)流量顯示誤差。同時模擬輸出信號偏離標稱值，導(dǎo)致計算機采集的信號產(chǎn)生誤差。

 

3、系統(tǒng)校準修正測量誤差

3.1 校準方法

由以上分析可知，流量計與流量計示值不一致的原因是流量計閘門時間系數(shù)和流量計儀表系數(shù)不匹配所致。那么將兩者調(diào)成匹配，就可解決測量誤差問題。流量計的儀表系數(shù)K是根據(jù)測得的頻率與對應(yīng)流量值計算的數(shù)據(jù)，VS系列流量計無調(diào)節(jié)功能，只能調(diào)節(jié)流量計閘門時間系數(shù)，使兩者系數(shù)匹配。根據(jù)流量計**近一次校驗數(shù)據(jù)確定流量計閘門時間系數(shù)并調(diào)整。閘門時間系數(shù)出廠時已根據(jù)流量量程及小數(shù)顯示位數(shù)設(shè)置好，系統(tǒng)校準時只需根據(jù)計算結(jié)果進行微調(diào)。然后用標準源模擬流量計輸出信號，校正流量計模擬輸出電壓或電流信號，即可修正測量誤差，確保流量測量系統(tǒng)的準確性。此方法既實現(xiàn)了配套系統(tǒng)校準，又簡單、便于操作。

 

3.2 閘門時間的計算方法與調(diào)整

由圖1的原理圖可知，流量計采集4倍流量計頻率信號，在設(shè)定的閘門時間內(nèi)將計得的脈沖數(shù)作為流量顯示。因此流量、頻率和閘門時間之間的關(guān)系可用公式（1）表示。

公式（1）是根據(jù)流量計校驗數(shù)據(jù)中某個測量點的流量和頻率值計算的閘門時間。由于流量計存在非線性，每個測量點的儀表系數(shù)是不同的，流量計無法對每個測量點進行誤差修正。為了兼顧量程內(nèi)每個測量點，選擇用流量計平均儀表系數(shù)作為計算閘門時間的**佳方法。但是平均儀表系數(shù)值沒有對應(yīng)的流量和頻率數(shù)據(jù)，無法用公式（1）計算閘門時間。

閘門時間的計算結(jié)果為a×10-n，因為流量量程和顯示位數(shù)的關(guān)系，閘門時間計算結(jié)果需乘以10n-1才是實際所需的閘門時間系數(shù)。但是用VS0,01、VS0,1、VS1、VS10型號的流量計儀表系數(shù)計算的閘門時間需乘以10n。使用時有個快速判斷閘門時間的方法，流量計銘*上標有閘門時間的標稱值，使小數(shù)點移動后的數(shù)值接近閘門時間標稱值即可。

閘門時間由6位撥碼開關(guān)組成，每個開關(guān)表示的小數(shù)位見圖4。閘門時間可以調(diào)整的范圍是0.00001～9.99999s。將計算的閘門時間按圖4小數(shù)位對齊依次撥碼置數(shù)。

 

3.3 模擬輸出信號校準方法

流量計的模擬輸出信號連接計算機或其他測量設(shè)備，對流量信號進行采集、進一步處理或控制。計算機是根據(jù)模擬輸出信號的標稱值與流量的對應(yīng)關(guān)系進行標定的，所以模擬輸出電壓或電流值必須準確。流量計閘門時間調(diào)整后，流量與頻率的對應(yīng)關(guān)系改變，模擬輸出電壓或電流也隨之改變，需要重新將其校準為標稱值，否則計算機會出現(xiàn)測量誤差。

流量計的輸出信號為兩路相位差90°的脈沖信號。選擇符合要求的標準源模擬流量計輸出信號。要求脈沖幅值5V左右，頻率范圍：0～2000Hz，頻率準確度優(yōu)于1×10-5。以信號發(fā)生器模擬流量計輸出脈沖信號，接線方法見圖5。信號發(fā)生器的兩路輸出信號分別連接流量計的K1和K2輸入端，流量計模擬輸出端連接數(shù)字多用表進行電壓或電流測量。在流量計無信號輸入時，調(diào)整圖4中“offset”電位器，使數(shù)字多用表測量值為零。然后輸入頻率使流量計顯示滿量程流量值，調(diào)整圖4中“amplification”電位器，使數(shù)字多用表測量值為滿量程流量對應(yīng)的標稱電壓或電流值。

 

4、實驗驗證

在流量計校驗數(shù)據(jù)中任意選擇一些測量點，用公式（1）或公式（2）計算配套流量計閘門時間系數(shù)并調(diào)整。輸入測量點頻率，流量計顯示流量值與測量點流量標準值完全吻合。由此可以判定閘門時間的計算方法是合理、正確的，這種便于操作的系統(tǒng)校準方法是可行的，滿足系統(tǒng)校準的要求。

以某40L流量測量系統(tǒng)為例，流量計單獨校準和系統(tǒng)校準后在實際應(yīng)用中的測量結(jié)果見表1。

表1數(shù)據(jù)表明，流量計經(jīng)過系統(tǒng)校準后，流量示值與流量實際值基本接近，主要是顯示分辨力帶來的誤差。模擬輸出信號經(jīng)校正后基本接近標稱值10V。經(jīng)過單獨校準的流量計其流量示值與流量實際值偏差較大，達到2%左右的測量誤差。模擬輸出信號同樣偏離標稱值約2%。由此可見，流量計系統(tǒng)校準是非常必要的。

 

5、結(jié)語

流量測試系統(tǒng)的準確度主要取決于流量計的誤差和線性。通過調(diào)整流量計閘門時間，可以對流量計性能變化產(chǎn)生的測量誤差進行修正，從而提高測量系統(tǒng)的準確度。此系統(tǒng)校準方法是根據(jù)分體式電磁流量計的結(jié)構(gòu)原理和配套流量計的校驗數(shù)據(jù)確定的。因流量流量計種類很多，其他類型流量計具體結(jié)構(gòu)原理、連接線路和功能都有許多不同之處，校準方法也不同。雖不能直接應(yīng)用此校準方法，但是可參照此方法進行相應(yīng)調(diào)整。需要注意的是，按照流量計的校驗數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)校準后的流量計，必須和該流量計配套使用，不可隨意更換流量計或流量計。如果更換流量計或流量計，則應(yīng)該按照該校準方法進行系統(tǒng)校準后才可使用，否則會產(chǎn)生較大的測量誤差。