熱量表的流量自動標定系統的設計

　　系統設計

　　整個標定系統是一個閉環測試系統，標定用的流體可以循環利用以節約成本。如圖1所示，系統由計算機、以MSP430F149為主控芯片的控制單元、電子秤、流量調節閥、恒溫水箱、穩壓罐、儲水罐、電磁閥、水泵等組成。待標定的熱量表串聯在同一直管路中，通過光電收發接口與控制單元進行數據交換，實現批量熱量表的自動檢測與修正系數的自動寫入。可程控的流量調節閥用于流量的自動控制。電子秤與儲水罐用于稱量計算標準流量，恒溫水箱、水泵及穩壓罐用于提供標定用的流體。為貼近熱量表的現場工作條件，恒溫水槽控制標定用的流體溫度在50℃左右，同時，為管道增加了相應保溫措施以減少循環管道的散熱。

　　熱量表的流量標定過程由上位機通過控制單元全程自動控制。由于管道內的氣泡會對流量計量帶來誤差，測試開始時由控制單元啟動電磁閥開始排氣過程。排氣結束后，開始流量標定。對每個流量點，等待電子秤讀數穩定后由控制單元從電子秤自動讀取數據，從而換算得到流量Q0。同時控制單元采集熱量表的數據Q1，由此計算出每塊熱量表在該流量點的修正系數C=Q0/Q1。對由中華人民共和國國家計量檢定規程規定的5個流量點依次測試，完成一輪標定。整個標定過程完成后，控制單元將修正系數自動寫入到相應熱量表中，并將數據上傳至上位機，由上位機判斷熱量表合格與否。

　　該標定系統的標準流量是由電子秤稱重來確定的，因此電子秤量程范圍既要滿足最小流量時的稱量又要滿足最大流量時的稱量，其測量精度直接影響到熱量表的精度。因為是循環系統，容器體積為最大流量點所需要流體體積的2倍，恒溫水箱體積是最大流量點所需要流體體積的3倍即可滿足要求。為保證流經熱量表的流體流態穩定，待檢定的熱量表上游段的直管段應滿足5倍管徑以上，下游段的直管段應滿足3倍管徑以上。串聯熱量表個數不宜過多，太多不但占地面積大，而且會使整個循環管路中壓差過大影響標定結果，本系統中最多串聯12塊熱量表。水泵運行過程中循環管道流體常有脈動現象，這將對熱量表的流量計量引入誤差，系統設計時在水泵的后端加裝穩壓罐避免脈動沖擊。此外，循環管路設計時配置一段透明管道便于操作者觀察流體是否有氣泡，若排氣過程中觀察到已無氣泡，可人工提前停止排氣;若標定過程中發現有氣泡現象，可以通過停止按鈕結束本次測試重新進行標定。對熱量表流量的自動標定過程由控制單元和上位機軟件配合完成。