脈衝型流量感測器檢定儀

脈衝型流量感測器檢定儀是指用於脈衝型流量感測器儀表係數檢定的儀器。脈衝型流量感測器是流量儀表中一類主要的流量感測器，而儀表係數是標誌這類流量感測器的重要參數。

脈衝型流量感測器檢定儀的係數檢定

傳統的脈衝型流量感測器儀表係數的檢定一般由容積式流量標準裝置和計數器、計時器完成，如圖1所示。其儀表係數定義為單位體積的流體量通過流量感測器時感測器所發出的脈衝數，單位通常為1/l（脈衝數每升）或1/m3（脈衝數每立方米）。根據文獻>的規定，為了保證流量計儀表係數的有效性，一般應保證一次檢定中流量計輸出的脈衝數的相對誤差絕對值不大於被檢流量計重複性的1/3。由於一般計數器的計數誤差為±1個脈衝，所以在檢定時間間隔（圖1中兩控制脈衝間的時間t）內，計數器應收集足夠多的脈衝數n才能達到要求的檢定精度。 　對於一些大口徑流量感測器，由於其儀表係數一般較小（如200的渦輪流量計，其儀表係數僅為1.5l－1； 口徑的渦街流量計，其儀表係數更低，僅為約0.2/l－1）。對於這樣的流量計，要收集足夠多的脈衝數，一要花很長的檢定時間，二要有較大的檢定設備（較大的標準容器）。由於種種限制，總使計數脈衝達不到要求。雙時間法計數技術是目前國際上較為通用的脈衝插值技術，可以在較短的檢定時間內，用較小體積的檢定設備，在計數總脈衝數較小時仍能保證足夠的技術精度的一種脈衝插值技術，較早套用於微型體積管流量標準裝置。 　我們研製的“脈衝型流量感測器檢定儀”是用傳統的計數器加上雙時間法測量控制技術組成的雙時間法檢定儀。試驗表明，該檢定儀使用方便可靠，可以縮短檢定時間，用較小的標準容器檢定較大口徑的流量感測器，並且比常規檢定方法具有更高的技術精度。 　1 雙時間法計數器原理 　脈衝內插技術是活塞校驗裝置增加流量計的輸出信號解析度，從而減小校驗裝置體積的一個有效途徑。通常，校驗流量計時為了得到足夠的脈衝數，可以採取兩個途徑，一是提高流量計的輸出信號解析度，使有限的校驗時間內得到儘可能多的脈衝數；二是增加校驗裝置的計量有效容積。一般，單位體積流體通過流量計所輸出的脈衝數是有限的（如上述的渦輪流量計和渦街流量計），校驗裝置的計量有效容積也不可能做得很大。脈衝內插技術很好地解決了這個問題，它有雙時間法、四時間法和鎖相環迴路法等幾種方法可供使用。使活塞校驗裝置用一個“小容積”（裝置有效容積）採集500個脈衝就能達到大容積校驗裝置採集10000個脈衝相同的精確度。 　圖1 儀表係數標定圖 　雙時間法的原理如圖2a所示。在流量脈衝信號周期穩定的條件下，脈衝內插數為： 　式中：n為計數器記錄下的流量感測器信號脈衝數；n1為經雙時間或四時間法內插後的脈衝數；△t1為從檢測開始信號到檢測停止信號的時間間隔；△t2為從檢測開始信號後第一個脈衝上升沿到檢測停止信號後第一個脈衝上什沿之間整脈衝周期間隔。圖2 雙時間法： 　在流量標準裝置穩定性符合標準規程規定的情況下，流量脈衝信號周期可以認為是穩定的，所以用式（1）得到的脈衝內插數應該是有效的。 　除了雙時間法外，還可以用四時間法來確定脈衝內插數。四時間法測量4個時間t1～t4，如圖2b所示，其脈衝插數為：

脈衝型流量感測器檢定儀的硬體設計

脈衝型流量感測器檢定儀的硬體原理框圖如圖所示。 　圖 雙時間法流量檢定儀硬體原理框圖 　該檢定儀不採用微處理機，工作可靠性好。控制信號可以用單刀雙擲開關k1選擇很窄的脈衝信號，也可以選擇電平信號。當用電平信號控制時，又可以用開關k2選擇高電平控制或低電平控制。 　當控制信號為脈衝信號時（圖中第一種控制信號），開關k1選擇脈衝控制，設初始態觸發器tr1的q端輸出為低電平l（假設輸出高電平h也沒有關係），q端輸出高電平h反饋到d端。開關k2選擇高電平控制或低電平控制。 　當控制信號為脈衝信號時（圖3中第一種控制信號），開關k1選擇脈衝控制，設初始態觸發器tr1的q端輸出為低電平l（假設輸出高電平h也沒有關係），q端輸出高電平h反饋到d端。開關k2選擇高電平控制（如果初始態觸發器tr1的q端輸出為高電平h時，k2可選擇低電平控制），與非門b、c的輸入端及觸發器tr2的d端均為低電平，所以，b、c門關閉，觸發器tr2的q端輸出在流量脈衝信號的作用下也必定為低電平，e門關閉。計數器和計時器t1與t2都在停止狀態。用清零按鈕可以使計數器和計時器回復到初始零態，顯示全零。 　當“開始計數”控制信號脈衝（第一個控制脈衝）到來時，由於tr1的d端為高電平h，所以，控制脈衝觸發tr1使其q端輸出為高電平h，並立即打開與非門b和c使計數器和計時器t1開始計數和計時。此時與非門e尚未打開，但觸發器tr2的d端已為高電平，在控制信號前沿後的第一個流量信號上升沿觸發tr2，使其q端輸出高電平而打開與非門e，計時器t2也開始計時。 　當“停止計數”控制信號脈衝（第二個控制脈衝）到來時，tr1再次被觸發而使q端輸出低電平l，從而立即關閉與非門b和c，使計數器和計時器t1停止計數和計時。但與非門e並未立即關閉，而要到“停止計數”控制信號脈衝前沿後的第一個流量信號上升沿才能觸發tr2而輸出低電平l，關閉與非門e而使計時器t2停止計時。將從計時器t1和t2得到的數據代入式（1），就可得到比較準確的脈衝內插數。 　當控制信號為電平信號時（圖3中第二、三種控制信號），開關k1選擇電平控制，這樣就相當於跨過觸發器tr1而直接控制與非門b和c及觸發器tr2的d端。分別針對高電平起作用或低電平起作用選擇開關k2指向高電平控制或低電平控制。其餘的動作與脈衝控制完全一樣。

脈衝型流量感測器檢定儀的指標和結果

1、檢定儀指標 　除了上述作為可控計數器和計時器外，該檢定儀還具有測量信號頻率和周期的功能。不用於檢定流量計時，可單獨作為測量信號頻率或周期的儀表使用。 　具體指標如下： 　① 計時器，6位led顯示，解析度為1ms； 　② 計時器（包括頻率和周期），8位led顯示，最高解析度為頻率為1hz，周期為0.1μs，計數為±1個脈衝； 　③ 測量範圍：頻率為10hz～100mhz，周期為0.5μs～10s，計數容量為99 999 999，計時器為1ms～999.999s； 　④ t1和t2手動切換顯示。 　2、測試結果 　① 用51系列微處理機輸出周期方波信號作為標準校驗頻率和周期測量，結果列於表1。 　表1 用周期方波作為標準的校驗結果 　② 用標準頻率信號發生儀校驗，結果列於表2。 　表2 用標準頻率信號發生器校驗的結果 　③ 該檢定儀用於渦輪流量計儀表係數的檢定，取得了良好的結果。