钟罩式气体流量标准装置的低成本自动化改造

　　成飞公司目前拥有四套已使用了十多年的钟罩式气体流量标准装置。这些传统标准装置在校准时由人工读取时间、压力、温度等参数,校准过程烦琐,计算复杂。而人工使用秒表读取时间,对测量准确度的影响较大,导致标准装置的准确度偏低。随着成飞公司各类流量计数量的增多以及准确度的提高,目前的标准装置越来越无法满足公司科研生产的需要。但如果将四套各种容积的钟罩全部更新,数十万的费用使得更新工作难度较大。随着电子技术的发展以及各类器件价格的下降,在充分利用成飞公司现有能力的情况下,以较低的成本对钟罩式气体流量标准装置进行自动化改造成为一个很好的选择。

　　1　系统组成

　　本次自动化改造要求达到的目的是:以较低的成本,使成飞公司的四套钟罩式气体流量标准装置都能够实现自动采集数据并直接显示测量结果。

　　本次自动化改造是根据JJG 257-94《转子流量计》国家计量检定规程中关于气体流量计检定要求来进行的。通过配置新的管路、变送器,以及研制一台钟罩式气体流量自动测试仪,配合原有的钟罩、气源、阀门、大气压力计,形成了一套具有自动测试能力的钟罩式气体流量标准装置。整套装置的组成如图1所示。

式中:V为排出(流入)装置内的气体体积;t为排出(流入)的时间;pn,ps,pm分别为标准状态下、装置内和流量计前的气体绝对压力;pn=101325 Pa;Tn,Ts,Tm分别为标准状态下、装置内和流量计前的气体热力学温度;Tn=293.15 K。

　　由图1可知,自动测试装置中两个压力变送器和两个温度变送器分别采集公式(1)中所需的装置压力、装置温度以及表面压力、表面温度,光电传感器采集钟罩通过指定容积的时间,大气压力由人工测定读取,输入测试装置。容积则由使用人员根据校准的需要自行输入测试仪。

　　因此在使用本装置进行自动测试时,公式(1)细化为公式(2):

　　2　钟罩式气体流量自动测试仪

　　钟罩式气体流量自动测试仪是此次自动化改造的关键设备,它由单片机控制、数据采集、时间测量、键盘、显示五大部分组成。采用了单片机、CPLD、LCD等技术。测试仪具有智能化、适用范围广、性能稳定可靠、操作简单等诸多特点。系统组成框图如图2所示。

　　2.1　数据采集

　　四个变送器分别用于采集系统的表面压力、装置压力、表面温度、装置温度。通过I/V转换电路将变送器输出的4～20 mA电流转换成0～5 V的电压信号,送到程控电子开关待命。测试仪开始工作后,根据单片机系统的指令,各路信号按要求通过程控开关由AD1674转换成数字信号,并送入单片机系统。AD1674被设置为:0～10 V输入,12位输出。AD1674是12位AD变换器,其转换时间最长为15μs,准确度≤0.05%,足以满足系统的要求。