燃?xì)庾詣?dòng)計(jì)量與檢測(cè)系統(tǒng)研究

陳容

摘 要：隨著新能源應(yīng)用的日益廣泛，燃?xì)庾鳛槟壳爸匾墓I(yè)生產(chǎn)和人們生活的主要能源，對(duì)其進(jìn)行計(jì)量和檢測(cè)可有效監(jiān)測(cè)燃?xì)饬魍ü艿赖那闆r，對(duì)于確保燃?xì)獍踩珣?yīng)用具有較大作用。從燃?xì)庾詣?dòng)計(jì)量和檢測(cè)兩個(gè)方面探討，為研究燃?xì)獍踩\(yùn)輸、計(jì)量和安全使用提供重要參考。

關(guān)鍵詞：天燃?xì)猓蛔詣?dòng)計(jì)量；檢測(cè)系統(tǒng)；控制模塊

中圖分類(lèi)號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.120

目前常見(jiàn)的燃?xì)庵饕刑烊粴狻⑹蜌夂腿斯と細(xì)獾热N，而天然氣具有熱值較高、安全、無(wú)毒和環(huán)保等特性，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和生活之中。燃?xì)獗碜鳛樽詣?dòng)流量計(jì)量表，其主要功能就是計(jì)量燃?xì)夤艿纼?nèi)通過(guò)的燃?xì)怏w積，通過(guò)準(zhǔn)確計(jì)量燃?xì)饬魍肯蛉細(xì)庥脩?hù)收取費(fèi)用。燃?xì)庾詣?dòng)檢測(cè)系統(tǒng)主要是針對(duì)燃?xì)庑孤秵?wèn)題而安置的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)燃?xì)庑孤秷?bào)警，為燃?xì)獍踩褂锰峁┲匾Ｕ稀ａ槍?duì)燃?xì)庾詣?dòng)計(jì)量和燃?xì)獾淖詸z系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，為促進(jìn)燃?xì)鉁?zhǔn)確計(jì)量和安全使用工作提供幫助。

1 基本原理

1.1 燃?xì)庥?jì)量原理

燃?xì)庥?jì)量表屬于一種機(jī)械波計(jì)量，其主要由接收器、發(fā)送器兩種組成。燃?xì)庥?jì)量?jī)x表中的傳感器比較特殊，一些儀表具有接收和發(fā)送雙重功能，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。燃?xì)鈨x表無(wú)論采用何種設(shè)計(jì)，均要考慮到計(jì)量精度，儀表的計(jì)量精度的影響因素為時(shí)間和速度，由這兩種因素共同決定計(jì)量精度。但是儀表的傳播速度由溫度控制，因此可以得出 如果要保證燃?xì)庾詣?dòng)計(jì)量表的測(cè)量精度，則應(yīng)該從定時(shí)器和傳感器的精度上進(jìn)行提高。

1.2 燃?xì)庾詸z原理

燃?xì)獾淖詸z原理主要是通過(guò)管道的閥門(mén)控制管內(nèi)液體或者氣體的流通，檢測(cè)管內(nèi)的壓力、流量和方向。目前采用的閥門(mén)動(dòng)力傳送方式主要為流體傳統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)電能轉(zhuǎn)換，其中，流體的流動(dòng)分為氣體流動(dòng)和液體流動(dòng)兩種模式。氣壓流動(dòng)主要是以壓縮空氣作為工作介質(zhì)，其他傳動(dòng)具有無(wú)污染、容易獲取、流動(dòng)阻力小等特點(diǎn)，可以適應(yīng)多條件變化的惡劣環(huán)境。但是氣壓傳動(dòng)的閥門(mén)檢測(cè)卻存在著壓縮氣源不易得到、噪聲大和穩(wěn)定性差等特點(diǎn)。液壓傳動(dòng)主要借助液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)將液壓轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)閥門(mén)的傳動(dòng)系統(tǒng)。液壓傳動(dòng)存在著體積大、拆裝困難、對(duì)維護(hù)的要求相當(dāng)高等特點(diǎn)。電動(dòng)閥門(mén)裝置主要由閥門(mén)電動(dòng)裝置與閥門(mén)組合，可以有效控制水、空氣、蒸汽等液體的流動(dòng)。

2 燃?xì)庾詣?dòng)計(jì)量工作流程及設(shè)計(jì)

2.1 燃?xì)庾詣?dòng)計(jì)量流程

燃?xì)庾詣?dòng)計(jì)量系統(tǒng)設(shè)置有自動(dòng)操作和手動(dòng)操作兩個(gè)模式，可以根據(jù)用戶(hù)的需要進(jìn)行隨意調(diào)整。燃?xì)庾詣?dòng)計(jì)量工作流程為：發(fā)射電路接收單片機(jī)輸入的方波信號(hào)，此信號(hào)的頻率為固定頻率，必須借用脈沖變壓器進(jìn)行信號(hào)發(fā)射，發(fā)射開(kāi)始則計(jì)量開(kāi)始。當(dāng)接收器收到回波信號(hào)后，經(jīng)過(guò)放大器放大之后傳輸?shù)綑z測(cè)電路。如果檢測(cè)為回波信號(hào)，則發(fā)送信號(hào)到單片機(jī)，表示已經(jīng)接收到信號(hào)。單片機(jī)接收到回波信號(hào)之后，計(jì)量表計(jì)時(shí)停止。

2.2 燃?xì)庾詣?dòng)計(jì)量設(shè)計(jì)

燃?xì)庾詣?dòng)計(jì)量系統(tǒng)包括發(fā)射電路、接收電路、檢波電路等幾個(gè)部分。發(fā)射電路的發(fā)射驅(qū)動(dòng)選用脈沖變壓器，可以有效解決儀表傳播過(guò)程中的能量衰減問(wèn)題，并避免普通電路功率和驅(qū)動(dòng)能力均較低等問(wèn)題。發(fā)射電路不利于儀表接收，但是采用脈沖變壓器之后則可以有效提高電壓值，同時(shí)增強(qiáng)回波能量和信號(hào)接收的成功率。接收電路在接收到回波信號(hào)之后，由于電壓效應(yīng)會(huì)極大限度地降低，因此回波信號(hào)的電壓也會(huì)降低，電壓值會(huì)急速下降。而這種極低的電壓信號(hào)不能夠被直接傳回到檢波電路之中，必須經(jīng)過(guò)放大器放大。檢波電路中帶寬和頻率通過(guò)增加或者減少外部電阻和電容來(lái)進(jìn)行調(diào)配。如果輸入的檢波頻率與核心檢測(cè)部件的頻率一致，則會(huì)產(chǎn)生高電平；否則就會(huì)產(chǎn)生低電平。

3 燃?xì)鈾z測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

燃?xì)獗頇z測(cè)系統(tǒng)主要應(yīng)用了電子技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)和智能儀器儀表開(kāi)發(fā)技術(shù)，并且燃?xì)獗頇z測(cè)系統(tǒng)還必須完成軟硬件設(shè)計(jì)和工裝設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及范圍較廣，并需要堅(jiān)持“高效、安全、實(shí)用”基本原則。閥門(mén)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)在方案設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須要處理好收集的數(shù)據(jù)，對(duì)于一些不合格判斷情況及時(shí)記錄。該燃?xì)鈾z測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化自檢、執(zhí)行和控制融合功能，更是以控制機(jī)作為核心，將多個(gè)部件組合起來(lái)完成了一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，隨后便將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中，再由上位機(jī)中的軟件分析檢測(cè)結(jié)果。

3.2 電參數(shù)測(cè)量

燃?xì)鈾z測(cè)系統(tǒng)中的電參數(shù)測(cè)量作為檢測(cè)系統(tǒng)的核心工程，其必須要完成對(duì)燃?xì)獗韮?nèi)部閥門(mén)的內(nèi)阻和動(dòng)態(tài)電流的測(cè)定，然后利用串接方式在電機(jī)閥門(mén)負(fù)載回路中采用標(biāo)準(zhǔn)采樣電阻R將電流量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷毫俊Ｈ細(xì)鈾z測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)精度則會(huì)因?yàn)椴蓸与娮铻榧冏栊栽z測(cè)過(guò)程中不會(huì)引起電流波形畸變而得到保障。另外，選擇采樣電阻時(shí)，一般選用的阻值較小，需要對(duì)電壓值進(jìn)行放大處理，然后再采用采集卡進(jìn)行測(cè)量。目前閥門(mén)系統(tǒng)采用的儀表放大器為通用的INAI28U芯片，此芯片的主要優(yōu)勢(shì)在于其功耗低、精度高，只需要連接耽擱的電阻即可對(duì)放大增益元件進(jìn)行控制。計(jì)算電路中的放大電流值時(shí)，由于INA128U芯片的輸出管腳連接到數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入點(diǎn)，采樣的電阻值為1，所以采集卡獲得電壓值其實(shí)就是放大電流值。

3.3 燃?xì)鈾z測(cè)系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介

燃?xì)鈾z測(cè)系統(tǒng)以工控機(jī)為核心部分，其結(jié)合NI數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)對(duì)電路各個(gè)模塊的檢測(cè)，具有自動(dòng)開(kāi)關(guān)電機(jī)閥門(mén)功能。自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)用戶(hù)主要采用鍵盤(pán)和鼠標(biāo)進(jìn)行操作，選擇不同檢測(cè)電壓進(jìn)行檢查，結(jié)果通過(guò)顯示器顯示，最后再進(jìn)行數(shù)據(jù)保存。檢測(cè)軟件操作時(shí)，使用按鈕啟動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)了閥門(mén)內(nèi)阻、電流量等電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，然后再由數(shù)據(jù)采集卡完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)，并將數(shù)據(jù)輸送到工控機(jī)中處理。在閥門(mén)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由攝像頭拍攝閥門(mén)的不同狀態(tài)，然后對(duì)圖片進(jìn)行分析處理。此過(guò)程不需要對(duì)整個(gè)運(yùn)動(dòng)距離測(cè)量，也可通過(guò)反射式傳感器來(lái)判斷運(yùn)動(dòng)的有無(wú)。

3.4 燃?xì)鈾z測(cè)系統(tǒng)測(cè)量與模塊

3.4.1 燃?xì)鈾z測(cè)測(cè)量與控制模塊

燃?xì)鈾z測(cè)的核心功能為測(cè)量和控制兩個(gè)部分，其主要起到了數(shù)據(jù)采集和控制作用，其負(fù)責(zé)采集閥門(mén)電路中的各種信號(hào)，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦た貦C(jī)。該模塊主要負(fù)責(zé)NI公司生產(chǎn)的PCI-6220采集。除完成基本的數(shù)據(jù)處理任務(wù)之后，還要實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)控制。各項(xiàng)參數(shù)為：16位分辨率、16個(gè)模擬通道、250 kS/s的采樣率、24個(gè)自定義數(shù)字IO通道和2個(gè)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器通道。

3.4.2 人機(jī)控制模塊

燃?xì)鈾z測(cè)系統(tǒng)必須要保持界面簡(jiǎn)潔，適合于工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用，同時(shí)也還要能在流水線(xiàn)上使用，可清楚地將各種信息明了地顯示在顯示器上。對(duì)于顯示界面，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)拿阑图庸ぃ哂胁煌娘@示邏輯，更方便人們操作使用。燃?xì)鈾z測(cè)系統(tǒng)分為A/B板，操作人員在進(jìn)行A板檢測(cè)的時(shí)候，必須要求B板已經(jīng)完成檢測(cè)，并且已經(jīng)按照檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分類(lèi)。檢測(cè)完成之后再對(duì)待測(cè)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，以提升流水線(xiàn)的作業(yè)效率。A，B板工裝上各自安裝有兩個(gè)按鍵的LED顯示燈，指示燈的狀態(tài)一共分為三種：①熄滅狀態(tài)，即LED亮度變?yōu)榘担虎诘却龣z測(cè)狀態(tài)，即LED等變?yōu)橹械攘炼龋虎蹤z測(cè)狀態(tài)，即LED檢測(cè)燈為最亮狀態(tài)。用戶(hù)可以根據(jù)指示燈的亮度來(lái)判斷檢測(cè)狀態(tài)，檢測(cè)中，只需要按下任意一個(gè)指示燈，即可開(kāi)啟工裝檢測(cè)狀態(tài)。檢測(cè)完成之后LED的指示燈亮度會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)到待檢測(cè)狀態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)工藝技術(shù)水平的不斷提高，燃?xì)庾詣?dòng)計(jì)量和檢測(cè)系統(tǒng)工藝技術(shù)日益成熟，其對(duì)于我國(guó)燃?xì)膺\(yùn)輸和燃?xì)庥?jì)量具有非常重要的意義。自動(dòng)計(jì)量作為當(dāng)前燃?xì)庥?jì)量的主流方式，其計(jì)量的準(zhǔn)確度關(guān)系到燃?xì)馄髽I(yè)與燃?xì)庥脩?hù)兩方的利益，因此，在燃?xì)庥?jì)量系統(tǒng)升級(jí)中，必須以提升計(jì)量準(zhǔn)確度為原則，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)獾臏?zhǔn)確計(jì)量。本文針對(duì)燃?xì)庾詣?dòng)計(jì)量與檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了分析和探討，希望能為促進(jìn)燃?xì)鉁?zhǔn)確計(jì)量和安全使用工作提供建議。

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〔編輯：王霞〕