【導讀】傳統(tǒng)的脈沖型流量傳感器儀表系數(shù)的檢定一般由容積式流量標準裝置和計數(shù)器、計時器完成，如圖1所示。其儀表系數(shù)定義為單位體積的流體量通過流量傳感器時傳感器所發(fā)出的脈沖數(shù)，單位通常為1/L（脈沖數(shù)每升）或1/m3（脈沖數(shù)每立方米）。
根據(jù)的規(guī)定，為了保證流量計儀表系數(shù)的有效性，一般應保證一次檢定中流量計輸出的脈沖數(shù)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(shù)器的計數(shù)誤差為±1個脈沖，所以在檢定時間間隔（圖1中兩控制脈沖間的時間t）內，計數(shù)器應收集足夠多的脈沖數(shù)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(shù)一般較小（如200的渦輪流量計，其儀表系數(shù)僅為1.5L－1； 口徑的渦街流量計，其儀表系數(shù)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(shù)，一要花很長的檢定時間，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(shù)脈沖達不到要求。雙時間法計數(shù)技術是目前國際上較為通用的脈沖插值技術，可以在較短的檢定時間內，用較小體積的檢定設備，在計數(shù)總脈沖數(shù)較小時仍能保證足夠的技術精度的一種脈沖插值技術，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(tǒng)的計數(shù)器加上雙時間法測量控制技術組成的雙時間法檢定儀。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(guī)檢定方法具有更高的技術精度。
1、雙時間法計數(shù)器原理
脈沖內插技術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有效途徑。通常，校驗流量計時為了得到足夠的脈沖數(shù)，可以采取兩個途徑，一是提高流量計的輸出信號分辨率，使有限的校驗時間內得到盡可能多的脈沖數(shù)；二是增加校驗裝置的計量有效容積。一般，單位體積流體通過流量計所輸出的脈沖數(shù)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。脈沖內插技術很好地解決了這個問題，它有雙時間法、四時間法和鎖相環(huán)回路法等幾種方法可供使用。使活塞校驗裝置用一個“小容積”（裝置有效容積）采集500個脈沖就能達到大容積校驗裝置采集10000個脈沖相同的精確度。
圖1 儀表系數(shù)標定圖
雙時間法的原理如圖2a所示。在流量脈沖信號周期穩(wěn)定的條件下，脈沖內插數(shù)為
在流量標準裝置穩(wěn)定性符合標準規(guī)程規(guī)定的情況下，流量脈沖信號周期可以認為是穩(wěn)定的，所以用式（1）得到的脈沖內插數(shù)應該是有效的。
除了雙時間法外，還可以用四時間法來確定脈沖內插數(shù)。四時間法測量4個時間t1～t4，如圖2b所示，其脈沖插數(shù)為
本文以雙時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。控制信號可以用單刀雙擲開關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，又可以用開關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（圖3中第一種控制信號），開關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也沒有關系）， 端輸出高電平H反饋到D端。開關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（圖3中第一種控制信號），開關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也沒有關系）， 端輸出高電平H反饋到D端。開關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，K2可選擇低電平控制），與非門B、C的輸入端及觸發(fā)器TR2的D端均為低電平，所以，B、C門關閉，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門關閉。計數(shù)器和計時器T1與T2都在停止狀態(tài)。用清零按鈕可以使計數(shù)器和計時器回復到初始零態(tài)，顯示全零。
當“開始計數(shù)”控制信號脈沖（第一個控制脈沖）到來時，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，并立即打開與非門B和C使計數(shù)器和計時器T1開始計數(shù)和計時。此時與非門E尚未打開，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流量信號上升沿觸發(fā)TR2，使其Q端輸出高電平而打開與非門E，計時器T2也開始計時。
當“停止計數(shù)”控制信號脈沖（第二個控制脈沖）到來時，TR1再次被觸發(fā)而使Q端輸出低電平L，從而立即關閉與非門B和C，使計數(shù)器和計時器T1停止計數(shù)和計時。但與非門E并未立即關閉，而要到“停止計數(shù)”控制信號脈沖前沿后的第一個流量信號上升沿才能觸發(fā)TR2而輸出低電平L，關閉與非門E而使計時器T2停止計時。將從計時器T1和T2得到的數(shù)據(jù)代入式（1），就可得到比較準確的脈沖內插數(shù)。
當控制信號為電平信號時（圖3中第二、三種控制信號），開關K1選擇電平控制，這樣就相當于跨過觸發(fā)器TR1而直接控制與非門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關K2指向高電平控制或低電平控制。其余的動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(shù)器和計時器外，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，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計時器，6位LED顯示，分辨率為1ms；
②計時器（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(shù)為±1個脈沖；
③測量范圍：頻率為10Hz～100MHz，周期為0.5 ～10s，計數(shù)容量為99 999 999，計時器為1ms～999.999s；
④T1和T2手動切換顯示。
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(shù)的檢定，取得了良好的結果。
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