摘 要：为提高标定的精确度和标定效率扩大标定系统适用范围，减少人为因素带来的误差设计了这套流量计标定系统。本系统以标准表法和容积法为主秤重法为辅。采用变频调节技术由PLC、变频器和计算机进行精密控制和调节实现流量计标定过程的全自动化。

关键字：流量计 标定方法 PLC 变频器 组态软件

    为提高标定的精确度和标定效率扩大标定系统适用范围，减少人为因素带来的误差设计了这套流量计标定系统。本系统以标准表法和容积法为主秤重法为辅。采用变频调节技术由PLC、变频器和计算机进行精密控制和调节实现流量计标定过程的全自动化。

    一 总体构思

    整个系统分标定装置部分与由PLC和计算机构成的控制部分。

    1. 标定装置部分

    考虑到标准表法高效、准确、鉴定范围易拓宽的优点而容积法又有高精确度适合标定大流量装置的特点，因此采用这两种方法为系统的主要标定方法。为使本套系统适合标定微小口径流量计，还结合了秤重法。

    标定装置设两级标定基准容积法中的标准容器为一级基准，标准表法的标准表为二级基准，容积法可用来标定标准表，确保二级基准的精确度。

    装置根据流量计口径大小分3个台位，每个台位有4个管路，主要用于标准表法标定。

    装置中有两组标准容器，用于容积法标定。1号和2号台位合用其中的一组大标准容器组，其结构图如图1所示。

    2. 系统控制部分

    控制部分的硬件使用的是三菱公司（Mitsubishi）的变频器FR-A540，以及FX_2N系列的PLC、2AD模块和2DA模块。

    通过变频器使电动机软起动（电动机可从0~5OHz缓慢起动），减少泵因高速起动引起电流对电网的冲击消除泵的喘振现象使流量平稳调节增强系统的稳定性和可靠性。以PLC作为现场控制器。通过DA模块调节变频器的频率在0~5OHz范围内变化，实现电动机的无级调速：通过AD模块采集压力传感器和被校表（即待标定的流量计）的4~2OmA模拟信号，同时系统中实时数据（包括实时标定数据和控制标志信号）通过PLC的I/O节点传送到计算机。

    软件使用的是监控组态软件—力控（ForceControl）和Visual Basic6.0编程软件。计算机通过监控系统应用程序进行标定过程的实时监控，标定数据的采集、处理、保存查询和打印实现人机的交互功能。

    控制部分框架如图2所示。

    二 工作原理

    1. 标准表法

    通过在一段标定时间内（应设为标定时间足够大以保证标定精确度），同时采集由被校表和标准表输出的脉冲数，计算出累积流量，从而确定被校表的误差。流量计基本误差为：

           （1）

    式中，Q_m— 被校流量计表示的流量值
          Q_s— 标准流量计测出的流量值
          Q_max— 被校流量计满量程的流量值

    测试中可选择每个流量点标定3次。每一点的重复性误差E₂为：

           （2）

    式中，S— 标准偏差
          Q₁— 同一流量点第i次被校表的流量值
          — 同一流量点上被校表流量的平均值

    “标准表法”作为装置的二级基准，可标定精确度等级比标准表低的流量计。

    2. 静态容积法

    静态容积法就是一种以标准容器为基准的标定方法。由标准容器、换向器、计时器组成。在换向器上装有一对光电管，计算机接收通过光电管的信号以启动和关闭定时器。标定时换向器换向，系统在此同时自动开启计时器，并采集被校表的脉冲数，当达到标准容器的标称容积后，系统将自动切换换向器至旁路，同时停止计时和停止被校表脉冲数，同样可以通过式（1）、（2）计算被校表的基本误差和重复性误差。

    静态容积法作为本套标定装置的一级基准。

    3. 动态秤重法

    动态秤重法是以标准秤为基准的标定方法，一般用于小流量的标定。本装置中3号台位中的两条管路用秤重法。

    打开电磁阀，将水收集在秤重容器内，当达到预定的初值时，启动计时器计时并采集被校表的脉冲数；当收集的水量达到预定的终止值时，停止计时器计时并停止采集被校表脉冲数（换算到累积流量）。由所得水量的重量和时间可计算出标准流量，再根据式（1）、（2）确定被校表的基本误差和重复性误差。其中标准流量按下式计算（不考虑容器的温度变化的影响）：

    

    式中，M— 称得的水的质量，Kg
         ρ— 水在t₀（20℃时）的密度
         β— 水的膨胀系数，1/℃
         T— 计时器计时时间，S

    三 系统组态与软件编程

    整个标定系统的软件编程中，通过PLC程序控制流量计自动标定过程：使用力控组态软件对系统进行组态，实现友好的人机交互界面。

    1. PLC程序

    按3种标定方法分为3部分。其中标准表法和容积法又分别可选择自动和手动标定方式。标准表法中自动标定方式的程序流程如图3。

    2. 计算机监控程序

    通过力控的I/O驱动获取由PLC传给计算机在标定过程中的标志信号和实时数据以及下传设定参数和命令信号。

    用户通过计算机界面控制标定过程如控制标定步骤、调节变频器频率、调节阀开度等。

    标定数据由计算机自动采集，或人工输入，并由计算机进行数据处理和保存。使用Access数据库和SOL语言保存标定结果，而使用txt文档保存每次标定设定的参数以供下次标定时调用。通过在EXCEL应用程序和力控应用程序之间按DDE方式建立起Client/Server关系，无需人工输入报表数据即可完成标准报表的打印功能。

    使用力控提供的DBCOM控件，用VB6.0制作的小程序即可使用户通过局域网，访问标定现场的主机来查看到标定流程和实时数据，并且无需在计算机上安装力控监控程序。

    监控程序中设置二级密码，只有“管理员身份”登入时，才可修改数据库数据及已设置的参数，确保系统数据库的安全性。

    四 结束语

    本装置可标定HKE电磁流量计、HKT涡轮流量计、HKU超声流量计以及转子流量计等，标定流量计口径ф2.5~ф200， 流量范围6L/h~300m³/h，装置总不确定度≤±0.2%。装置自2004年11月投入使用以来，性能可靠，运行稳定。