摘要：為了解決由于檢測環(huán)境不全面、測試方法不到位等原因引起的產品故障率較高的問題，掌握氣體流量計在不同溫度和濕度下的計量性能,加快新產品推出速度.一套可模擬現(xiàn)場運行管道、溫度、濕度等條件，實現(xiàn)實時監(jiān)測流量計運行參數(shù)、對運行氣體流量計進行現(xiàn)場檢定等功能的系統(tǒng)。
0引言
近年來,天然氣流量計使用量越來越大，使用環(huán)境也是越來越復雜。從炎熱的海南到寒冷的齊齊哈爾，從潮濕溫暖的廚房到晝夜不斷變化的戶外管道，各種環(huán)境都有氣體流量計的身影。從而導致同一批次的氣體流量計在不同的使用環(huán)境下,出現(xiàn)的故障和問題完全不一樣。
隨著電子技術的迅猛發(fā)展和人們對故障問題研究的深入，發(fā)現(xiàn)由于廠家的測試環(huán)境與現(xiàn)場的使用環(huán)境不同，且測試條件和生產環(huán)境過于單一,無法模擬現(xiàn)場條件。基于上述原因，我們研制了一種模擬氣體流量計現(xiàn)場運行、檢定、測試的系統(tǒng)裝置。
1系統(tǒng)原理
系統(tǒng)結構框圖如圖1所示，該系統(tǒng)主要由微機控制中心、實驗艙運行系統(tǒng)、流量計運行系統(tǒng)、溫度/濕度運行系統(tǒng)、流量計檢測系統(tǒng)等組成。
整套系統(tǒng)由微機控制中心統(tǒng)一協(xié)調運行。主要實現(xiàn)三大功能:1)模擬現(xiàn)場環(huán)境的氣候條件;2)模擬現(xiàn)場流量計的運行條件;3)實時檢測流量計運行參數(shù)和計量誤差。
控制框圖如圖2所示�？刂浦行耐ㄟ^實驗艙內若干個溫度傳感器和濕度傳感器的檢測單元，及時反饋實驗艙的溫度和濕度等環(huán)境狀態(tài)，再由溫度/濕度控制單元和循環(huán)風機的執(zhí)行單元實現(xiàn)對實驗.艙的溫度和濕度的控制“,從而達到自動控制的目的。流量計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由控制中心通過采集電路實現(xiàn)對流量計的溫度、壓力、流量、運行電流的采集�？刂浦行能浖糠指鶕�(jù)實驗艙的溫度和濕度控制流量計運行,采集流量計的運行數(shù)據(jù),判斷流量計是否出現(xiàn)故障。流量計運行檢定系統(tǒng)控制測試流量計的誤差和運行狀態(tài)。
1.1實驗艙運行、溫/濕度控制系統(tǒng)
實驗艙用于實現(xiàn)模擬現(xiàn)場環(huán)境，如圖3所示,主要由循環(huán)風機、循環(huán)通道、若干濕度和溫度傳感器、出入口等部分組成。
溫度和濕度控制系統(tǒng)用于控制實驗艙的溫度和濕度，主要由艙內循環(huán)風冷機組、加熱器、除濕/加濕機組、除濕機制冷機組等組成，如圖4所示。
實驗艙控制溫度基本原理如圖5所示。首先制定環(huán)境運行方案,然后由軟件控制中心通過PLC控制系統(tǒng)實時讀取當前實驗艙的溫度,當讀取的當前溫度值>目標溫度值時，開啟制冷模式(即打開制冷風機),當讀取的當前溫度值<目標溫度值時，開啟制熱模式(打開加熱器)。制冷和制熱功率輸出.大小，取決于當前溫度值與目標溫度值的差值，按一定的調節(jié)規(guī)律,用比例運算關系發(fā)出調節(jié)信號，通過執(zhí)行單元改變閥門的開度，實現(xiàn)對加熱器和制冷器的功率控制。
熱空氣/冷空氣通過實驗艙循環(huán)風機送到實驗艙的各個角落，軟件控制中心不間斷地讀取各個角落溫度傳感器的溫度值，當實驗艙內的溫度值達到目標溫度值時,溫度控制系統(tǒng)停止加熱或制冷，反之就運行。
控制濕度基本原理如圖5所示。首先制定環(huán)境運行方案，然后由軟件控制中心通過PLC控制系統(tǒng)實時讀取當前實驗艙的濕度，當讀取的當前濕度值>目標濕度值，開啟除濕模式(即打開除濕機組),當讀取的當前濕度值<目標濕度值,開啟加濕模式(打開加濕機組)。除濕/加濕循環(huán)分內循環(huán)和外循環(huán)，內循環(huán)是指抽取實驗艙內的空氣進行除濕/加濕處理,處理后再重新注入實驗艙;外循環(huán)是指抽取實驗艙外的空氣進行除濕/加濕處理，處理后再重新注入實驗艙。低溫除濕時，為了保證實驗艙溫度快速達到低溫點,還需要將開啟除濕冷機組對除濕/加濕機組處理后的空氣制冷處理后再注入實驗艙,相當于進行雙重降溫處理。
1.2流量計運行和檢定系統(tǒng)
流量計運行和檢定系統(tǒng)如圖6所示,用于模擬流量計現(xiàn)場運行的狀態(tài)，并可以檢定流量計的準確度等級。
該系統(tǒng)主要由運行管道、換熱器、標準表、控制流量的閥門、風機、變頻器等組成。該系統(tǒng)可以同時運行8臺流量計,可以通過控制閥門的開1關來控制流量計是否運行，通過改變變頻器頻率大小控制風機運轉速度及各個閥門，從而實現(xiàn)控制運行流量計流量的大小。
運行系統(tǒng)基本原理如圖7所示。根據(jù)流量計運行方案由軟件控制中心通過PLC控制系統(tǒng)指令來控制閥門的打開和關閉狀態(tài)。然后軟件控制中心通過PLC控制系統(tǒng)控制電氣開關閥、4~20mA調節(jié)閥的開度、變頻器的頻率控制流量風機轉速等方式控制流量大小，軟件控制中心實時讀取標準表流量脈沖信號并結合標準表儀表系數(shù)計算出工況流量，當工況流量值等于目標流量值時，穩(wěn)定變頻器的頻率和閥門狀態(tài)，讓各個流量計處于運行狀態(tài)中。
同時,這套系統(tǒng)也是一套標準表法檢定裝置，可以檢定各臺氣體流量計示值誤差、準確度等級，基本原理如圖8所示。首先打開被檢流量計的閥門,其余通道都關閉，通過控制變頻器改變流量大小，實現(xiàn)對不同流量點的檢定，通過采集系統(tǒng)讀取被檢流量計的脈沖信號、溫度值、壓力值和標準表的脈沖信號、溫度值、壓力值，再由標準表法檢定裝置軟件計算流量示值誤差，生成檢定報表，確定被檢流量計的準確度等級。
1.3流量計檢測系統(tǒng)
流量計檢測系統(tǒng)如圖9所示,用于檢測流量計運行的各項參數(shù)是否正常，主要由軟件控制中心、交換機、接口轉換單元、電流檢測單元、電壓檢測單元、信號發(fā)生/計數(shù)單元、本地通信/GPRS單元、16路通斷切換單元等組成。
由軟件控制中心通過電流檢測單元讀取流量計的電流值;電壓檢測單元讀取流量計的電壓值;信號發(fā)生/計數(shù)單元檢測流量計的軟件計算誤差;本地通信單元讀取流量計的內部時間、總量、瞬時流量、溫度、壓力等參數(shù);再由檢測系統(tǒng)軟件根據(jù)設計標準值.判斷運行的流量計的各項性能指標是否合格。
1.4軟件控制中心
控制系統(tǒng)軟件包括流量計運行控制、模擬環(huán)境控制、流量計檢定、流量計檢測、文檔管理等部分組成,整體軟件運行流程如圖10所示。
1.4.1流量計運行控制
可以設置運行流量計的數(shù)量、流量、時間等，可以實時采集各個流量計的運行數(shù)據(jù)。
根據(jù)不同的運行方案，讓流量計通氣運行,并記錄各個流量計的標況總量、瞬時流量、溫度、壓力等數(shù)據(jù)，進行測試流量計性能和輸差計算。運行模式有短期運行和長期運行兩種。
1.4.2模擬環(huán)境控制
可以設置實驗艙的溫度、濕度、運行時間、以及不同組合的循環(huán)周期等，可以實時采集實驗艙的各個位置的溫度和濕度。
根據(jù)不同的氣候特點，制定不同環(huán)境的方案，通過控制溫度和濕度，驗證流量計在不同環(huán)境條件下的性能。
1.4.3檢定控制
依據(jù)氣體流量計的檢定規(guī)程，通過控制檢定系統(tǒng)，對被檢表進行檢定，測試流量計在長期運行后和不同溫度下示值誤差的變化情況。
1.4.4流量計檢測
可以檢測流量計的電流、本地通信功能、遠程通信功能、高低頻輸出的準確性、流量計量準確性、讀取溫度/壓力值的準確性等。
通過不間斷地檢測流量計的性能參數(shù)，掌握流量計運行在不同時間點和溫度點下的運行狀態(tài)。
1.4.5文檔管理
可以輸出運行報告、檢定報告、流量計檢測數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)查詢。
2結束語
結合現(xiàn)階段的檢測技術、檢定技術、計算機集散控制，系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，該設備可實現(xiàn)對流量計運行狀態(tài)下的全程監(jiān)控，模擬各種不斷變化的氣候，檢定流量計在不同氣候條件下的流量示值誤差，預測流量計在不同條件下的潛在故障。本設備用于研發(fā)測試，可以提高新產品在不同環(huán)境下使用的穩(wěn)定性、可靠性;可以由原來用戶實際使用的試掛模式，改為模擬現(xiàn)場氣候在實驗室中進行試掛，從而縮短試掛測試的時間和產品上市時間。
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