[发明专利]一种基于实验室多路管道的高速气体流量校准系统及校准方法

说明书

技术领域

本发明属于仪器仪表学科领域，涉及一种基于实验室多路管道的高速气体流量校准系统及校准方法，适用于实验室气体流量的标定。

背景技术

气体流量标准装置可以分成原始标准（一次标准）和传递标准（次级标准）两大类，目前国际上已经开发出多种型式的装置。原始标准有容积法和质量法两类装置，各类装置有静态法和动态法之分，因其测量难度大故本系统不采用此类方法。本系统采用传递标准法，选用具有良好重复性和稳定性的流量计作为标准表对待测表进行标定。采用多种控制算法同时应用，提高系统控制的准确性和快速性。多种标定模式可供选择，可对各种情况下的流量计进行标定。

发明内容

本发明的目的在于在实验室条件下对实验表进行快速、准确的标定，从而提供一种基于实验室多路管道的高速气体流量校准系统及校准方法。

本发明技术方案之一：

一种基于实验室多路管道的高速气体流量校准系统，它包括气源产生装置、标准表区和待测表区三大部分，及主控器，空压机和前储气罐构成系统气源产生装置，分别安装喷嘴流量计、涡街流量计和超声波流量计的并联的三路管道为系统的标准表区，后储气罐和分别安装三个待测表的并联的三路管道为系统的待测表区。

标准表区并联的三路管道连接在前储气罐和后储气罐之间，并联的三路管道分别为：第一路管道上依次连接电动套筒调节阀、减压阀、喷嘴流量计和温压补偿装置；第二路管道上依次连接电动套筒调节阀、减压阀、涡街流量计和温压补偿装置；第三路管道上依次连接电动套筒调节阀、减压阀、超声波流量和温压补偿装置。

标准表区并联的三路管道的管径分别：为第一路管径DN20mm，第二路管径DN50mm，第三路管径DN50mm。

待测表区并联的三路管道中各管道依次连接减压阀、待测流量计和温压补偿装置。

待测表区并联的三路管道的管径分别：第四路管径DN20mm，第五路管径DN32mm，第六路管径DN50mm。

前储气罐的规格为2.0m³/1.3mpa，容积总高2788mm,容积直径1000mm，进、出口均为DN80mm；后储气罐的规格为1.0m³/1.3mpa，容积总高2331mm,容积直径800mm，进、出口均为DN65mm。

主控器连接被控电动套筒调节阀和带温压补偿的流量计构成闭环回路，系统电源皆由主控器提供，各传感器连接主控器的AIW，电动套筒调节阀连接主控器的AQW, 主控器通过RS485总线与PC连接。

本发明技术方案之二：

一种基于实验室多路管道的高速气体流量校准方法，校准方法的实现过程分为控制实现和组态实现两部分：

控制实现为：控制实现又分为一般闭环控制和阀门的自适应控制，控制器PLC采用组态软件进行上位机检测，根据设置好的流量值和检测到的流量值的差值进行运算，并改变套筒调节阀实现控制管道流量的目的；

PID控制器是一种线性控制器，它对给定值r(t)和实际输出值y(t)之间的偏差e(t)进行控制，系统的被控对象为电动套筒调节阀；

根据多组阀门开度和流量的对应数据采用曲线拟合方法拟合出多项式，采用一次多项式拟合方法即线性拟合并采用最小二乘法的拟合方法，将实时的设定值代入多项式运算得到一个阀门开度参考值；再通过调节算法缩短调节时间达到优化调节目的；

组态实现为：上位机选用组态软件MCGS5.5进行系统的控制界面建立和参数的设置，先对系统中设计的所有参数制成表格输入到组态的实时数据库，为后续组态的调用做准备；

通过组态软件选择所需的标定模式中：

单路模式有9路选择模式，对待测表而言有3种标准表选择；通过上位机设定好参考流量后，通过系统自动调节阀门开度使管道流量达到设定值，进行流量记录了；其后改变几组流量值，分别记录下标准表和待测表的显示数据；标定时标准表的选择按同类优先原则，即优先保证标准表和测试表为同一类型；同时对流体特性进行测试，通过对同种流量计在不同管道管径情况下的流量差异来研究流体流量特性，理论上当流速小于50m/s、气压变化不大情况下，认为气体为不可压缩气体；

多路模式共有40种，在进行多路标定之前要进行单路标定实验验证标准表的准确性，否则将引起后面的标定数据的无效；