摘 要 ：介紹了標(biāo)準(zhǔn)流量積算儀的基本功能，從硬件構(gòu)成、儀表接口和控制邏輯幾個(gè)方面，詳細(xì)闡述了標(biāo)準(zhǔn)流量積算儀在計(jì)量檢定和校準(zhǔn)裝置中的應(yīng)用。在音速噴嘴氣流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、靜動(dòng)態(tài)質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、靜動(dòng)態(tài)容積法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置和標(biāo)準(zhǔn)體積管流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中，可以準(zhǔn)確地采集標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)表和被檢表的脈沖頻率、脈沖累積量以及被檢表的電流信號(hào)值。通過(guò)面板控制，DI 端子觸發(fā)和串口命令 3 種方式實(shí)現(xiàn)儀表的啟�？刂�，以實(shí)現(xiàn)智能化采集，并根據(jù)數(shù)值大小調(diào)整小數(shù)點(diǎn)的顯示位數(shù)。經(jīng)測(cè)試比較，標(biāo)準(zhǔn)流量積算儀可以穩(wěn)定高效地作為標(biāo)準(zhǔn)裝置的計(jì)量?jī)x表，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。
標(biāo)準(zhǔn)流量積算儀是一種高精度的智能化計(jì)量?jī)x表，可以測(cè)量計(jì)量時(shí)間、脈沖信號(hào)和電流信號(hào)。工業(yè)儀表的輸 出 信 號(hào) 多 為 脈 沖 輸 出 和 4mA ～ 20mA 電 流 輸 出， 脈沖輸出多以當(dāng)量脈沖的方式計(jì)量時(shí)間段內(nèi)的累積流量，4mA ～ 20mA 電流輸出多用來(lái)表示被測(cè)儀表的瞬時(shí)流量值。常見(jiàn)流量?jī)x表的類型有渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、旋進(jìn)旋渦流量計(jì)、羅茨流量計(jì)、電磁流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)。不同于工業(yè)流量積算儀二次儀表，標(biāo)準(zhǔn)流量積算儀主要用于計(jì)量檢定和校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)裝置。如音速噴嘴氣流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、靜動(dòng)態(tài)質(zhì)量法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置、靜動(dòng)態(tài)容積法水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置和標(biāo)準(zhǔn)體積管流量標(biāo)
準(zhǔn)裝置。
1 硬件構(gòu)成
標(biāo)準(zhǔn)流量積算儀硬件可以采集多個(gè)通道的脈沖信號(hào)（標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間晶振脈沖、標(biāo)準(zhǔn)表流量脈沖信號(hào)和被檢表流量脈沖信號(hào)）和 4mA ～ 20mA 電流信號(hào)（被檢表流量電流信號(hào)、工況溫度、工況壓力和工況濕度）。儀表具有 RS232/RS 485串口和以太網(wǎng)接口便于與流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中的上位機(jī)組態(tài)軟件和 PLC 控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)接 [2]。
1.1 脈沖信號(hào)
脈沖信號(hào)主要包括標(biāo)準(zhǔn)晶振時(shí)鐘脈沖和流量脈沖信號(hào)。時(shí)鐘脈沖信號(hào)采用高于 3ppm 的低溫漂高精度晶振進(jìn)行分頻輸出，以保證計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性。為了便于對(duì)時(shí)鐘晶振進(jìn)行測(cè)試，儀表預(yù)留了測(cè)試端口，將檢定后的時(shí)鐘頻率值填寫至標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間設(shè)置參數(shù)中，可以提高時(shí)間測(cè)量的精度。標(biāo)準(zhǔn)表和被檢表流量脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)施密特整形和電平轉(zhuǎn)換電路以后，變成標(biāo)準(zhǔn)的 TTL 電平信號(hào)輸入到后端的脈沖累加“計(jì)數(shù)”和瞬時(shí)“頻率”測(cè)量，測(cè)量值經(jīng)過(guò)后續(xù)的計(jì)算處理可以顯示瞬時(shí)流量、累積流量和計(jì)量時(shí)間。常用的計(jì)算公式為 ：瞬時(shí)流量 = 信號(hào)頻率 / 流量系數(shù)，頻率輸入的通道為 HSC1、HSC2、HSC3 和 HSC4[3]。
1.2 4mA～20mA電流信號(hào)
J3 端 子 同 時(shí) 具 有 三 線 制 熱 電 阻 RTD1 和 RTD2 的 采集， 接 線 T+ 接 PT100A、 接 線 T- 接 PT100B、 接 線 GND接 PT100B。 模 擬 輸 入 支 持 電 壓 0V ～ 10V 輸 入 和 電 流4mA ～ 20mA 輸入，應(yīng)用電路輸入模式時(shí)，需要將 V1 和V2 接 GND。
2 儀表接口
2.1 接線端子
儀表對(duì)外的接線端子包括 RS232 接口、RS485 接口、脈沖輸入接口、電流輸入接口、外控 IO 接口、晶振測(cè)試接口和供電電源接口。具體的定義如下 [5] ：
1）晶振輸出口 +（分頻后）
2）晶振輸出口 -（分頻后）
3）RS232 接口 P2
4）RS232 接口 P3
5）RS232 接口 P5_GND
6）RS485A
7）RS485B
8）RS485_GND
9）1 路脈沖信號(hào)輸入端 500kHz
10）1 路脈沖信號(hào) GND
11）2 路脈沖信號(hào)輸入端 500kHz
12）2 路脈沖信號(hào) GND
13）3 路脈沖信號(hào)輸入端 500kHz
14）3 路脈沖信號(hào) GND
15）4 路脈沖信號(hào)輸入端 500kHz
16）4 路脈沖信號(hào) GND
17）1 路電流信號(hào) 24V（兩線制供電）
18）1 路電流信號(hào)輸入端 4mA~20mA
19）1 路電流信號(hào) GND
20）2 路電流信號(hào) 24V（兩線制供電）
21）2 路電流信號(hào)輸入端 4mA~20mA
22）2 路電流信號(hào) GND
23）220V 電源 L
24）220V 電源 N
25）220V 電源 GE
26）24V 電源 +
27）24V 電源 -
2.2 參數(shù)配置
1 路脈沖信號(hào)的流量系數(shù)（1.0）
2 路脈沖信號(hào)的流量系數(shù)（1.0）
3 路脈沖信號(hào)的流量系數(shù)（1.0）
4 路脈沖信號(hào)的流量系數(shù)（1.0）
1 路電流信號(hào) 4mA 對(duì)應(yīng)流量
1 路電流信號(hào) 20mA 對(duì)應(yīng)流量
2 路電流信號(hào) 4mA 對(duì)應(yīng)流量
2 路電流信號(hào) 20mA 對(duì)應(yīng)流量
工業(yè)熱電阻 RTD1+
工業(yè)熱電阻 RTD1-
工業(yè)熱電阻 RTD1GND
工業(yè)熱電阻 RTD2+
工業(yè)熱電阻 RTD2-
工業(yè)熱電阻 RTD2GND
485 地址
通訊波特率
晶振頻率
1 路電流信號(hào) 4mA 校準(zhǔn)值
1 路電流信號(hào) 20mA 校準(zhǔn)值
2 路電流信號(hào) 4mA 校準(zhǔn)值
2 路電流信號(hào) 20mA 校準(zhǔn)值
2.3 顯示參數(shù)
儀表應(yīng)用 LCD12864 液晶顯示，可以顯示 ：1）晶振頻率 ；2）計(jì)量時(shí)間 ；3）1 路脈沖頻率 ；4）1 路脈沖累積 ；5）2 路脈沖頻率 ；6）2 路脈沖累積 ；7）1 路瞬時(shí)電流 ；8）1 路平均電流 ；9）2 路瞬時(shí)電流 ；10）2 路平均電流，以及經(jīng)過(guò)參數(shù)計(jì)算得到的瞬時(shí)流量和累積流量值。儀表顯示如果液晶或者 LED 長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)，可以足位的顯示數(shù)值的小數(shù)點(diǎn)位數(shù)，如都顯示 3 位小數(shù)點(diǎn)。但是往往儀表的數(shù)值顯示位數(shù)有限，不能將所有數(shù)值都顯示足位的小數(shù)點(diǎn)位數(shù)，因此需要進(jìn)行顯示處理，如當(dāng)數(shù)值顯示位數(shù)一共有五位時(shí)，數(shù)值小于 100 時(shí)，小數(shù)點(diǎn)保留三位 ；數(shù)值介于 100 和 1000之間時(shí)，小數(shù)點(diǎn)保留兩位 ；小數(shù)點(diǎn)介于 1000 和 10000 之間時(shí)，小數(shù)點(diǎn)保留 1 位 ；而當(dāng)數(shù)值大于 10000 時(shí)，不顯示小數(shù)點(diǎn)。
3 控制邏輯
3.1 計(jì)量控制
標(biāo)準(zhǔn)流量積算儀的計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)的啟動(dòng)、停止共有 3 種控制方式。
1）前面板按鍵控制。通過(guò)啟動(dòng)、停止、清零按鍵實(shí)現(xiàn)采集控制，啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)時(shí)間和流量累積，停止實(shí)現(xiàn)時(shí)間和流量累積停止，清零實(shí)現(xiàn)時(shí)間和累積量清零。
2）后面板 DI 控制。有外控開關(guān)觸點(diǎn)和脈沖數(shù)量?jī)煞N控制方式。DI 為高電平時(shí)，時(shí)間和流量開始累積（并清零處理）；DI 為低電平時(shí)，時(shí)間和流量停止累積。
3）PC 通過(guò)串口 RS232/RS485 發(fā)送控制指令，以實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)啟動(dòng)、停止及清零，3 種動(dòng)作對(duì)應(yīng)不同的命令內(nèi)容。
3.2 定量控制
1）方式一 ：點(diǎn)擊“開始”按鈕進(jìn)行計(jì)數(shù)，在控制器上設(shè)置計(jì)量時(shí)間的上限閾值，如設(shè)置為 40s，則計(jì)量開始后達(dá)到 40s 時(shí)觸發(fā)動(dòng)作停止計(jì)量，此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)表脈沖數(shù)、被檢表脈沖數(shù)（或電流值）以及時(shí)間脈沖數(shù)參與后續(xù)的誤差和不確定度計(jì)算。
2）方式二 ：設(shè)備預(yù)留 DI 開關(guān)量輸入觸點(diǎn)，默認(rèn)情況下 DI 為低電平 0，有啟動(dòng)動(dòng)作時(shí) DI 為高電平 1。檢定過(guò)程是外接設(shè)備如換向器機(jī)械動(dòng)作時(shí)觸發(fā)高電平至 DI 端口設(shè)備開始計(jì)量，一段時(shí)間后，換向器機(jī)械動(dòng)作觸發(fā)低電平至 DI端口設(shè)備停止計(jì)量，如上述一樣此時(shí)的采集數(shù)值參與后續(xù)的誤差和不確定度計(jì)算。
3）方式三 ：設(shè)備預(yù)留 RS232 和 RS485 接口，給串口發(fā)送啟動(dòng)命令時(shí)，計(jì)量設(shè)備啟動(dòng)開始采集 ；同理給串口發(fā)送停止命令時(shí)，計(jì)量設(shè)備停止采集并將采集數(shù)值參與后續(xù)計(jì)算。由于計(jì)量過(guò)程對(duì)單次操作的時(shí)間并沒(méi)有明確的要求，因此人工控制或者通過(guò)上位機(jī)邏輯控制發(fā)送串口命令都能達(dá)到預(yù)期的計(jì)量效果。
4 結(jié)論
本文闡述了標(biāo)準(zhǔn)流量積算儀的研發(fā)過(guò)程，從硬件構(gòu)成、儀表接口和控制邏輯幾個(gè)方面，詳細(xì)描述了標(biāo)準(zhǔn)裝置在計(jì)量檢定和校準(zhǔn)中的應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)流量積算儀可以通過(guò)按鍵、開關(guān)量觸發(fā)、串口命令幾種方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備的啟�？刂坪蛿�(shù)值清零。標(biāo)準(zhǔn)流量積算儀可以準(zhǔn)確可靠地采集標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)表和被檢表的脈沖頻率、脈沖累積量以及被檢表的電流信號(hào)值，儀表還可以根據(jù)數(shù)值大小調(diào)整小數(shù)點(diǎn)的顯示位數(shù)。經(jīng)測(cè)試比較，標(biāo)準(zhǔn)流量積算儀可以穩(wěn)定高效地作為標(biāo)準(zhǔn)裝置的計(jì)量?jī)x表，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。
