根據的規定，為了保證流量計儀表系數的有效性，一般應保證一次檢定中流量計輸出的脈沖數的相對誤差絕對值不大于被檢流量計重復性的1/3。由于一般計數器的計數誤差為±1個(gè)脈沖，所以在檢定時(shí)間間隔（圖1中兩控制脈沖間的時(shí)間t）內，計數器應收集足夠多的脈沖數N才能達到要求的檢定精度。

 

對于一些大口徑流量傳感器，由于其儀表系數一般較?。ㄈ?00的渦輪流量計，其儀表系數僅為1.5L－1；  口徑的渦街流量計，其儀表系數更低，僅為約0.2/L－1）。對于這樣的流量計，要收集足夠多的脈沖數，一要花很長(cháng)的檢定時(shí)間，二要有較大的檢定設備（較大的標準容器）。由于種種限制，總使計數脈沖達不到要求。雙時(shí)間法計數技術(shù)是目前國際上較為通用的脈沖插值技術(shù)，可以在較短的檢定時(shí)間內，用較小體積的檢定設備，在計數總脈沖數較小時(shí)仍能保證足夠的技術(shù)精度的一種脈沖插值技術(shù)，較早應用于微型體積管流量標準裝置。

 

我們研制的“脈沖型流量傳感器檢定儀”是用傳統的計數器加上雙時(shí)間法測量控制技術(shù)組成的雙時(shí)間法檢定儀。試驗表明，該檢定儀使用方便可靠，可以縮短檢定時(shí)間，用較小的標準容器檢定較大口徑的流量傳感器，并且比常規檢定方法具有更高的技術(shù)精度。

 

1、雙時(shí)間法計數器原理

 

脈沖內插技術(shù)是活塞校驗裝置增加流量計的輸出信號分辨率，從而減小校驗裝置體積的一個(gè)有效途徑。通常，校驗流量計時(shí)為了得到足夠的脈沖數，可以采取兩個(gè)途徑，一是提高流量計的輸出信號分辨率，使有限的校驗時(shí)間內得到盡可能多的脈沖數；二是增加校驗裝置的計量有效容積。一般，單位體積流體通過(guò)流量計所輸出的脈沖數是有限的（如上述的渦輪流量計和渦街流量計），校驗裝置的計量有效容積也不可能做得很大。脈沖內插技術(shù)很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，它有雙時(shí)間法、四時(shí)間法和鎖相環(huán)回路法等幾種方法可供使用。使活塞校驗裝置用一個(gè)“小容積”（裝置有效容積）采集500個(gè)脈沖就能達到大容積校驗裝置采集10000個(gè)脈沖相同的精確度。

 

圖1 儀表系數標定圖

   

雙時(shí)間法的原理如圖2a所示。在流量脈沖信號周期穩定的條件下，脈沖內插數為

 

 

 

在流量標準裝置穩定性符合標準規程規定的情況下，流量脈沖信號周期可以認為是穩定的，所以用式（1）得到的脈沖內插數應該是有效的。

 

除了雙時(shí)間法外，還可以用四時(shí)間法來(lái)確定脈沖內插數。四時(shí)間法測量4個(gè)時(shí)間t1～t4，如圖2b所示，其脈沖插數為

 

 

本文以雙時(shí)間法為例設計脈沖型流量傳感器檢定儀。

 

2、檢定儀的硬件設計

   

脈沖型流量傳感器檢定儀的硬件原理框圖如圖3所示。

 

圖3  雙時(shí)間法流量檢定儀硬件原理框圖

   

該檢定儀不采用微處理機，工作可靠性好?？刂菩盘柨梢杂脝蔚峨p擲開(kāi)關(guān)K1選擇很窄的脈沖信號，也可以選擇電平信號。當用電平信號控制時(shí)，又可以用開(kāi)關(guān)K2選擇高電平控制或低電平控制。

   

當控制信號為脈沖信號時(shí)（圖3中第一種控制信號），開(kāi)關(guān)K1選擇脈沖控制，設初始態(tài)觸發(fā)器TR1的Q端輸出為低電平L（假設輸出高電平H也沒(méi)有關(guān)系），  端輸出高電平H反饋到D端。開(kāi)關(guān)K2選擇高電平控制或低電平控制。

   

當控制信號為脈沖信號時(shí)（圖3中第一種控制信號），開(kāi)關(guān)K1選擇脈沖控制，設初始態(tài)觸發(fā)器TR1的Q端輸出為低電平L（假設輸出高電平H也沒(méi)有關(guān)系），  端輸出高電平H反饋到D端。開(kāi)關(guān)K2選擇高電平控制（如果初始態(tài)觸發(fā)器TR1的Q端輸出為高電平H時(shí)，K2可選擇低電平控制），與非門(mén)B、C的輸入端及觸發(fā)器TR2的D端均為低電平，所以，B、C門(mén)關(guān)閉，觸發(fā)器TR2的Q端輸出在流量脈沖信號的作用下也必定為低電平，E門(mén)關(guān)閉。計數器和計時(shí)器T1與T2都在停止狀態(tài)。用清零按鈕可以使計數器和計時(shí)器回復到初始零態(tài)，顯示全零。

   

當“開(kāi)始計數”控制信號脈沖（第一個(gè)控制脈沖）到來(lái)時(shí)，由于TR1的D端為高電平H，所以，控制脈沖觸發(fā)TR1使其Q端輸出為高電平H，并立即打開(kāi)與非門(mén)B和C使計數器和計時(shí)器T1開(kāi)始計數和計時(shí)。此時(shí)與非門(mén)E尚未打開(kāi)，但觸發(fā)器TR2的D端已為高電平，在控制信號前沿后的第一個(gè)流量信號上升沿觸發(fā)TR2，使其Q端輸出高電平而打開(kāi)與非門(mén)E，計時(shí)器T2也開(kāi)始計時(shí)。

   

當“停止計數”控制信號脈沖（第二個(gè)控制脈沖）到來(lái)時(shí)，TR1再次被觸發(fā)而使Q端輸出低電平L，從而立即關(guān)閉與非門(mén)B和C，使計數器和計時(shí)器T1停止計數和計時(shí)。但與非門(mén)E并未立即關(guān)閉，而要到“停止計數”控制信號脈沖前沿后的第一個(gè)流量信號上升沿才能觸發(fā)TR2而輸出低電平L，關(guān)閉與非門(mén)E而使計時(shí)器T2停止計時(shí)。將從計時(shí)器T1和T2得到的數據代入式（1），就可得到比較準確的脈沖內插數。

   

當控制信號為電平信號時(shí)（圖3中第二、三種控制信號），開(kāi)關(guān)K1選擇電平控制，這樣就相當于跨過(guò)觸發(fā)器TR1而直接控制與非門(mén)B和C及觸發(fā)器TR2的D端。分別針對高電平起作用或低電平起作用選擇開(kāi)關(guān)K2指向高電平控制或低電平控制。其余的動(dòng)作與脈沖控制完全一樣。

 

3、指標和結果

 

3.1 檢定儀指標

 

除了上述作為可控計數器和計時(shí)器外，該檢定儀還具有測量信號頻率和周期的功能。不用于檢定流量計時(shí)，可單獨作為測量信號頻率或周期的儀表使用。

具體指標如下：

   

①計時(shí)器，6位LED顯示，分辨率為1ms；

   

②計時(shí)器（包括頻率和周期），8位LED顯示，最高分辨率為頻率為1Hz，周期為0.1  ，計數為±1個(gè)脈沖；

   

③測量范圍：頻率為10Hz～100MHz，周期為0.5  ～10s，計數容量為99 999 999，計時(shí)器為1ms～999.999s；

   

④T1和T2手動(dòng)切換顯示。

 

3.2 測試結果

   

①用51系列微處理機輸出周期方波信號作為標準校驗頻率和周期測量。

 

②用標準頻率信號發(fā)生儀校驗，結果列于表2。

 

表2 用標準頻率信號發(fā)生器校驗的結果

 

③該檢定儀用于渦輪流量計儀表系數的檢定，取得了良好的結果。

 

 

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