FPGA的双时间法在变粘度油流量装置上的应用

　　油品流量测量结果表明，油品粘度变化对油流量仪表的仪表特性有着显著的影响，但是该影响程度到底如何尚未能得到很好的研究.为了深入研究粘度对油流量仪表特性的影响，可变粘度油流量标准装置的研制就成为了必然.该装置采用带光栅尺的活塞式体积管作为标准DN15、DN25、DN50三个口径的试验管道，能够实现油品粘度在1.5～40cSt范围内的调节，流量上限可以达到25m3/h，主要用于粘度对脉冲型油流量仪表流量特性影响的试验研究[1，2].对于精度等级为0.1级的流量仪表，为了保证仪表系数的检定精度，计数器的计量准确度至少要达到±0.01%，也就是说计数器的计数误差为±1个脉冲的情况下，要达到这样的计数精度，检定过程中计数器采集的脉冲数至少需要10　000个[3，4].但由于场地大小等种种原因的限制，变粘度油流量标准装置不能加工得过大，其标准体积管的容积只有31.4L，也就是说在25m3/h的流量下，有效检定时间不足4.5s，采用传统的计数方式无法满足计数精度要求.

　　针对这一问题，本文选择NI公司的FPGA作为控制器，采用可以在较短的检定时间内，用较小体积的检定容器，实现计数总脉冲数小于10　000仍能保证±0.01%计数精度的双时间脉冲插值法作为计数法，设计了一套基于FPGA硬件的计时计数器，实现对标准体积管光栅尺和被检表的两路信号的脉冲计数，实验结果表明效果良好.

　　1　双时间法的测量原理

　　双时间法的测量原理[5]如图1K1、K2为起始信号开关.

　　当流量稳定后，体积管活塞在介质的推动下运行，活塞触到K1时，K1发出信号使得计数器开始计时、计数，活塞触到K2时，计数器停止计时、计数.启停时间内的实际脉冲数可以通过式(1)计算得到.

　　式(1)中：N为经双时间法插值后的脉冲信号数;N1为计数器记录下的脉冲信号数;T为检测启停信号间的时间间隔;T1为从K1发出信号后第一个脉冲上升沿到K2发出信号后第一个脉冲上升沿之间整脉冲周期对应的时间间隔.图1中，若控制开始信号在1位置，控制结束信号在1′位置，则是在差不多相同的控制时间T内，记录脉冲数最少的情况.控制开始信号到来时，被检信号的第一个脉冲上升沿刚好没有被记到，停止信号到来后的第一个脉冲上升沿又尚未到达，恰好又没被记到，这样在差不多相同控制时间内几乎少计了一个脉冲.若控制开始信号在2位置，控制结束信号在2′位置，则是在差不多相同的控制时间T内，记录脉冲数最多的情况.此时，紧接着开始信号，被检信号的第一个脉冲上升沿到来，被记录;最后一个脉冲上升沿刚被记录，停止信号就到了，这样在差不多的控制时间内又几乎多计了一个脉冲.