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【摘 要】:首先论述了虚拟仪器技术应用于液体流量计检定系统的背景,随后论述了系统的方案设计,最后论述了系统的软件设计实现。
虚拟仪器技术 液体流量计检定系统
1 虚拟仪器技术应用于液体流量计检定系统的背景
随着计算机技术的不断发展,基于单片机、PLC或PC开发平台的测试仪器不断涌现,在为用户提供了丰富的控制方法和测试仪器的同时,具有很多缺点,如:通用性差、仪器可扩展性不高、兼容性不理想等。为了弥补以上缺点,虚拟仪器技术应运而生。虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。虚拟仪器技术将计算机技术和测试技术结合在一起,利用现代计算机强大的分析和数据处理能力,用软件实现各种测试和分析功能,具有极大的灵活性。不仅满足提高设备复杂程度和智能化水平的要求,而且通用性强,能随意扩展功能,方便连接和调试。大大降低成本,提高仪器的自动化水平。
2 检定系统方案设计
本检定系统主要以目前比较常用的电磁流量计为例来进行研究,检定介质为石油,通过传感器对流量标准装置的现场参数进行实时采集,经调理电路进行放大隔离处理,通过数据采集卡输入到工控机的LabVIEW软件平台,同时工控机对现场的水泵、阀门进行控制以设置合适的检定条件。总体方案是:以工控机为核心,在软件上采用基于windows环境下的LabVIEW开发平台;在硬件上通过信号调理电路和数据采集卡以及工控机组成的数据采集系统实现了对被检流量计输出的不同信号的数据信息采集。
流量计检定系统的硬件包括:压力传感器、温度传感器、称重传感器、被检流量计、执行机构(阀门、水泵)、信号调理电路、数据采集卡、工控机以及存储打印设备等,并为系统本身和被检流量计提供所需的电源和防干扰隔离设备,以保证系统的可靠运行。
①传感器。本检定系统测试需要的传感器有温度传感器、压力传感器和称重传感器。温度传感器选用JWB一体化温度传感器,JWB一体化温度变送器是一种接触式测量温度的现场用仪表,通常与其相应的二次仪表或计算机采集测量系统配套使用,可准确测量生产工作过程中各种介质或物体的温度。压力传感器选用OEM标准型离子束溅射薄膜压力传感器。为了保证检定的精度,要求选用精度高、稳定性好、灵敏度较高的传感器,并根据液体流量标准装置称重容器满载时的总质量选择适合的称重传感器。根据检定系统的基本要求,选用1241型称重传感器,该传感器采用金属应变原理将质量值转换成电信号输出,其具有精度高、温度特性好、稳定性好等特点。
②信号调理电路。结合上述介绍和本次设计选用的温度传感器、压力传感器和称重传感器的型号,本系统的调理电路由三部分组成,分别承担温度和压力信号的放大、隔离和滤波等作用。根据不同传感器的不同特性选用相应的信号调理电路。在温度调理电路中,由于输入信号为微弱的直流信号,温度信号的变化很小,所以除了对信号的放大要求外对其它的性能要求不高。根据压力传感器和称重传感器的特性和性能指标以及实际的工作环境,信号调理电路应能够实现对其信号的放大、隔离和滤波。我们选用LM系列运算放大器,在此我们选用采用了隔离放大器AD202作为电流—电压转换电路,并结合放大器LM324实现对信号的隔离、滤波和放大。
③数据采集卡。数据采集卡就是把模拟信号转换成数字信号的设备,其核心就是A/D芯片。本系统采用的PCI8606卡是由北京阿尔泰科技发展有限公司开发的一种基于PCI总线的数据采集卡,可直接插在IBM-PC/AT或与之兼容的计算机内的任一PCI插槽中,构成实验室、产品质量检测中心等各种领域的数据采集、波形分析和处理系统。
检定系统数据采集原理如下:流量计检定系统的数据采集是被检流量计的模拟输出信号通过PCI8606采集卡上的A/D转换后输入到工控机;管道和工作容器中的温度经调理电路进行放大滤波输入PCI8606采集卡上的A/D转换后采集到工控机中;稳压容器、管道和工作容器中的压力信号经信号调理后输入到采集卡传输到工控机;阀门、水泵和电机的状态信号为数字信号直接输入到工控机。
3 系统软件设计实现
在流量计检定系统软件平台搭建中,存在着大量的实时数据需要处理:一方面PCI8606采集卡将检定过程中的各现场参数值实时采集进来进行显示存储,另一方面采集进来的这些数据要进行各种处理,比如过程数据显示和处理结果显示,还要根据现场参数值实时调节各阀门。由于本检定系统是利用输入信号的变化来反映流体流量的变化,在构建检定软件时,着重考虑采集数据的标度变换以便显示、采集频率、数据结构及实时时钟等进行编程和控制。
流量计检定软件系统主要完成的功能有:①人机交互式对话控制对现场压力、温度和质量参数进行动态检测,能把实时数据显示在屏幕上,并能进行工况记录,参数可以灵活设定和修改。②由于被检仪表种类较多,需要设置的参数较多,因此系统采用向导式结构,操作人员无需进行专门的培训就能进行操作,系统按检定功能设计了管道设置、开始检定、数据管理、停止检定4个模块。③纠错功能,当检定过程中系统出现故障时,显示出错信息,及解决方法,待故障排除才能进行检定。④多通道设计检定,通道不同时工作容器系数和容器零点也不相同,因此需要根据被检流量计口径的不同设置多个检定通道。
系统初始化结束后进入正式的检定状态,对温度、压力、称重、被检仪表等信号进行采集、处理、显示和存储等,同时为了保证稳压系统的稳定及管道流量的稳定,系统需要对流量调节阀进行控制。
本文结合虚拟仪器和静态质量法流量标准装置设计理论,完成了液体流量计检定系统的设计,目前已成功应用于石油流量计检定。虚拟仪器技术具有的一系列优点,将使得其将越来越广泛的应用于油气资源开采与勘探中的测试与计量仪器开发。
参考文献:
[1] 张丽梅,李海明.基于LabVIEW和模块化仪器设计示波器检测系统[J].仪器仪表用户,2010(03).
[2] 滕文胜,程亚杰等.DN600液体流量计检定系统及应用[J].中国计量,2009(06).
虚拟仪器技术 液体流量计检定系统
1 虚拟仪器技术应用于液体流量计检定系统的背景
随着计算机技术的不断发展,基于单片机、PLC或PC开发平台的测试仪器不断涌现,在为用户提供了丰富的控制方法和测试仪器的同时,具有很多缺点,如:通用性差、仪器可扩展性不高、兼容性不理想等。为了弥补以上缺点,虚拟仪器技术应运而生。虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。虚拟仪器技术将计算机技术和测试技术结合在一起,利用现代计算机强大的分析和数据处理能力,用软件实现各种测试和分析功能,具有极大的灵活性。不仅满足提高设备复杂程度和智能化水平的要求,而且通用性强,能随意扩展功能,方便连接和调试。大大降低成本,提高仪器的自动化水平。
2 检定系统方案设计
本检定系统主要以目前比较常用的电磁流量计为例来进行研究,检定介质为石油,通过传感器对流量标准装置的现场参数进行实时采集,经调理电路进行放大隔离处理,通过数据采集卡输入到工控机的LabVIEW软件平台,同时工控机对现场的水泵、阀门进行控制以设置合适的检定条件。总体方案是:以工控机为核心,在软件上采用基于windows环境下的LabVIEW开发平台;在硬件上通过信号调理电路和数据采集卡以及工控机组成的数据采集系统实现了对被检流量计输出的不同信号的数据信息采集。
流量计检定系统的硬件包括:压力传感器、温度传感器、称重传感器、被检流量计、执行机构(阀门、水泵)、信号调理电路、数据采集卡、工控机以及存储打印设备等,并为系统本身和被检流量计提供所需的电源和防干扰隔离设备,以保证系统的可靠运行。
①传感器。本检定系统测试需要的传感器有温度传感器、压力传感器和称重传感器。温度传感器选用JWB一体化温度传感器,JWB一体化温度变送器是一种接触式测量温度的现场用仪表,通常与其相应的二次仪表或计算机采集测量系统配套使用,可准确测量生产工作过程中各种介质或物体的温度。压力传感器选用OEM标准型离子束溅射薄膜压力传感器。为了保证检定的精度,要求选用精度高、稳定性好、灵敏度较高的传感器,并根据液体流量标准装置称重容器满载时的总质量选择适合的称重传感器。根据检定系统的基本要求,选用1241型称重传感器,该传感器采用金属应变原理将质量值转换成电信号输出,其具有精度高、温度特性好、稳定性好等特点。
②信号调理电路。结合上述介绍和本次设计选用的温度传感器、压力传感器和称重传感器的型号,本系统的调理电路由三部分组成,分别承担温度和压力信号的放大、隔离和滤波等作用。根据不同传感器的不同特性选用相应的信号调理电路。在温度调理电路中,由于输入信号为微弱的直流信号,温度信号的变化很小,所以除了对信号的放大要求外对其它的性能要求不高。根据压力传感器和称重传感器的特性和性能指标以及实际的工作环境,信号调理电路应能够实现对其信号的放大、隔离和滤波。我们选用LM系列运算放大器,在此我们选用采用了隔离放大器AD202作为电流—电压转换电路,并结合放大器LM324实现对信号的隔离、滤波和放大。
③数据采集卡。数据采集卡就是把模拟信号转换成数字信号的设备,其核心就是A/D芯片。本系统采用的PCI8606卡是由北京阿尔泰科技发展有限公司开发的一种基于PCI总线的数据采集卡,可直接插在IBM-PC/AT或与之兼容的计算机内的任一PCI插槽中,构成实验室、产品质量检测中心等各种领域的数据采集、波形分析和处理系统。
检定系统数据采集原理如下:流量计检定系统的数据采集是被检流量计的模拟输出信号通过PCI8606采集卡上的A/D转换后输入到工控机;管道和工作容器中的温度经调理电路进行放大滤波输入PCI8606采集卡上的A/D转换后采集到工控机中;稳压容器、管道和工作容器中的压力信号经信号调理后输入到采集卡传输到工控机;阀门、水泵和电机的状态信号为数字信号直接输入到工控机。
3 系统软件设计实现
在流量计检定系统软件平台搭建中,存在着大量的实时数据需要处理:一方面PCI8606采集卡将检定过程中的各现场参数值实时采集进来进行显示存储,另一方面采集进来的这些数据要进行各种处理,比如过程数据显示和处理结果显示,还要根据现场参数值实时调节各阀门。由于本检定系统是利用输入信号的变化来反映流体流量的变化,在构建检定软件时,着重考虑采集数据的标度变换以便显示、采集频率、数据结构及实时时钟等进行编程和控制。
流量计检定软件系统主要完成的功能有:①人机交互式对话控制对现场压力、温度和质量参数进行动态检测,能把实时数据显示在屏幕上,并能进行工况记录,参数可以灵活设定和修改。②由于被检仪表种类较多,需要设置的参数较多,因此系统采用向导式结构,操作人员无需进行专门的培训就能进行操作,系统按检定功能设计了管道设置、开始检定、数据管理、停止检定4个模块。③纠错功能,当检定过程中系统出现故障时,显示出错信息,及解决方法,待故障排除才能进行检定。④多通道设计检定,通道不同时工作容器系数和容器零点也不相同,因此需要根据被检流量计口径的不同设置多个检定通道。
系统初始化结束后进入正式的检定状态,对温度、压力、称重、被检仪表等信号进行采集、处理、显示和存储等,同时为了保证稳压系统的稳定及管道流量的稳定,系统需要对流量调节阀进行控制。
本文结合虚拟仪器和静态质量法流量标准装置设计理论,完成了液体流量计检定系统的设计,目前已成功应用于石油流量计检定。虚拟仪器技术具有的一系列优点,将使得其将越来越广泛的应用于油气资源开采与勘探中的测试与计量仪器开发。
参考文献:
[1] 张丽梅,李海明.基于LabVIEW和模块化仪器设计示波器检测系统[J].仪器仪表用户,2010(03).
[2] 滕文胜,程亚杰等.DN600液体流量计检定系统及应用[J].中国计量,2009(06).