基于8254芯片的电磁流量计标定装置

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电磁流量计是-种根据法拉第电磁感应定律，在非磁性管道中，利用测量导电流体在磁场中流动所产生的感应电动势推算并显示体积流量的感应式仪表。电磁流量计测量精度不受流体密度、粘度、温度 、压力和电导率变化的影响，传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系，因此测量精度高、寿命长、耐腐蚀、耐磨损、还可测双向流量。

在电磁流量计出厂前 ，为了确定电磁流量计的流量值或流量测量值的准确度，须对电磁流量计实施校准 J。文中将按照《中华人民共和国国家计量检定规程》，结合 8254芯片采用直接测量法设计-套电磁流量计出厂前或者检修后电磁流量计的标定装置。其中主要包括完成数据采集的PCI2.0采集卡和负责数据计算的相对应软件两部分内容。

直接测量法亦称实流校准法，是以实际流体流过被校验仪表，再用别的标准装置测出流过流体的流量，与被校仪表的流量值作比较，这种方法也称作湿法标定。实流校准法获得的流量值既可靠又准确，为目前许多流量仪表制造厂家在出厂前、使用单位定期检定和检修后的仪表都要要在流量校准标准装置上作实流校准 。

干法校准是-种间接校准法，是以测量电磁流量传感器的流通面积等结构尺寸和磁通密度 ，计算流量值，获得相应的精收稿日期：2012-03-05 收修改稿 日期：2012-10-10确度。干法校准是解决大口径电磁流量计无法实现实流校准的校准方法，但精确度相对较低。

校准包括两方面内容：(1)将量值传递给仪表，确定流量标度标记所处的位置(或确定流量标度输出的信号)；(2)调整仪表的输出与标准值(参比值)进行比较，以判别仪表准确度，测定其误差值。文中选用直接测量法，参考相关检定规程设计电磁流量计的标定装置。具体的设计原理为：根据采集到的被测流量计与标准流量计两者的脉冲数利用式(1)计算出检定系数K，进而利用式(2)计算出相对示值误差、式(3)基本误差、式(4)和式(5)重复性等性能指标，来完成被测电磁流量计的标定。设计主要包括硬件和软件两部分，硬件部分主要完成脉冲信号的采集与计时工作，软件部分则主要完成数据的计算 、显示、存储及打印工作。

1.1 计算流量计的检定系数按照式(1)计算检定点每次检定的系数：厂 1卢[( ) -f ]1-，c[(P ) -p ] (1)式中：K沩第i检定点第 次检定的系数，(m ) 或L～；Ⅳ 为第i检定点第 次检定时流量计显示仪表测得的脉冲数； 为第i检定点第 次检定时测得的标准器处流体实际体积，m。或L；fl为检定用液体在检定条件下的膨胀系数；(t ) f 为分别为第 i检定点第 次检定时标准器处和流量计处的流体温度，℃；，c为检定用液体在检定条件下的压缩系数，Pa～；(P ) p 为分别为第 i检定点第 次检定时标准器处和流量计处的流体表压Instrument Technique and Sensor Jan.2013力 Pa，对于开放式标准器，P 0；i1，2，，m，m为检定点数， 8254芯片计数器的同步计数。其电路单元框图如图2所示。

当标准器与被检流量计间温度压力的差异所引起的单位流体体积的变化量小于流量计准确度的 1/10时，计算流量计的仪表系数可不做温度压力的修正，此时上式变为：～ 1.2 计算流量计的相对示值误差流量计的相对示值误差E 按式(2)计算 ]x l0% ㈦式中： 为第i检定点第 次检定被检流量计的相对示值误差；Q 为第i检定点第 次检定时流量计显示的累积流量值，m ；(Q。) 为i第检定点第 次检定时标准器换算到流量计处状态的累积流量值，m 。

1.3 计算流量计的基本误差艿-i-( E ) (3)式中：6为流量计的基本误差；E 为装置的误差，若不超出被检流量计基本误差限的1/3，可以忽略不计；E为流量计的相对示值误差 ，为 E1.4 计算流量计的重复性E，( 去[击 誊( 。 (4)式中：(E，) 为第 i检定点的重复性；K，为对 B类流量计，按式(5)计算；K为对 B类流量计，按式(6)计算。

2 硬件设计基于8254芯片的电磁流量计湿标定装置硬件系统主要由光电隔离电路、同步计数电路、控制电路、时钟电路、计数电路五部分组成，其系统框架如图1所示 。

圈图1 系统框图2.1 光电隔离电路光电隔离电路由pc817光电耦合器构成，主要用于电磁流量计的脉冲信号与数据采集卡之间的隔离，可以增加安全性，减少电路干扰。

2.2 同步计数电路同时计数电路由与非门芯片74HC00构成，主要用于控制图2 同时触发电路框图图中A端连接经过光电隔离后的电磁流量计脉冲信号，图中B端同步控制信号由软件产生，用来实现脉冲信号以及时间的计数计时，消除控制电路产生的误差。

2.3 控制电路控制电路包括逻辑控制电路和数据控制电路。逻辑控制电路主要由GAL22V10芯片构成，主要负责控制各个芯片的地址译码。图3中PCI接口电路中 ADDR为地址总线，地址总线信号经过 GAL22V10芯片译码后产生使能信号，控制相对应的芯片及电路。PCI接 口电路 中 DATE为数据总线 ，8位数据线D7-DO与 CPU的系统数据总线连接，构成 CPU和 8254之间信息传送的通道，CPU通过数据总线缓冲器向8254写入控制命令、计数初始值或读绕数值 J。

PCI接口电路 GAL22V10图3 控制电路框图2.4 时钟电路时钟电路由外部有源晶体振荡器产生，以此来为系统提供运行时钟，信号经过分频电路分频后产生计时基准脉冲信号，然后连接至 ，用于电磁流量计标定的计时。

2.5 计数电路计数电路由8254本身的剩余的2个计数器来完成。

3 软件设计系统软件由主程序、硬件接口、参数设定、系数计算、误差计算、数据存储、数据查询打印等部分组成。系统程序流程图如图4所示。

从流程图和软件界面中可以看 出：待流量稳定后开始标定，首先设定初始的-系列参数 ，如量程、口径、温度 、压力、采样点数、每点采样次数、采样时问、脉冲当量等，然后根据标准电磁流量计的脉冲数和脉冲当量算出标准体积，根据被检电磁流量计的脉冲数和标准体积，进而计算检定系数 值，计算出值后输入至被检流量计中后根据参数设定检测各点流量，计算出其相对示值误差、基本误差和重复性，最后保存及打俞果。

4 数据及分析待数据检测完成后，点击软件界面的打哟钮，会有-个直观的数据页面弹出，如图6所示。

如图所示，经过 3个测量点，每个点测量2次，共 6次的检测，取标准表和被检表基本误差的最大值为-0.480，(下转第43页)