CN104154972A - 超声水表流量标准装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声水表流量标准装置。本发明中的第一水泵、第二水泵的入水口接水池、出水口接稳压罐，第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀、第四开关阀的入水口接稳压罐，出水口接对应的第一标准表、第二标准表、第三标准表、第四标准表的入水口，第一标准表、第二标准表、第三标准表、第四标准表的出水口经第五开关阀后与三个串联的被检表连接，第一调节阀、第二调节阀并联，其并联端的入口与三个串联的被检表连接，并联端的出口接转向器，转向器的出水口连接至水池或电子称，电子称的出水口通过第六开关阀连接至水池。本发明采用将三台超声水表串联的方式，同时利用静态质量法和标准表法相结合的方法，可以明显的提高超声水表的检定效率。

Description

超声水表流量标准装置

技术领域

本发明属于流量仪表检定技术领域，涉及一种超声水表流量标准装置。

背景技术

水流量标准装置大多数采用标准表法与静态质量法相结合。主要由水池，水泵，变频器，标准表，稳压罐，开关阀，调节阀，换向器，电子秤等组成。静态质量法的原理是通过调节变频器及调节阀的控制，使水池中的水依次通过稳压罐，标准表，被检表，换向器。换向器的作用是改变液体的流动方向，使液体直接流进水池或者进入电子秤中。转向器换向时，触发计时控制器，以保证液体质量及试验时间的同时测量。有效的保证了小流量检定的精确度。标准表法是基于流体力学的连续性方程，以标准表流量作为标准流量，使流量连续的通过标准流量计和被检流量计。当流量满足条件后，在额定的时间内，比较两者的累计流量值，从而确定被检流量计的计量性能。

超声水表是利用超声波时差原理，采用工业级电子元器件制造而成的全电子式水表。与机械式水表相比较具有精度高，可靠性好，量程比宽，使用寿命长，无任何活动部件，无需设置参数，任意角度安装等特点。因此超声水表的社会需求越来越大，而传统的流量计检定方法大体上有静态质量法、静态容积法、动态质量法、动态容积法及标准流量计法等。这些方法各有各的优缺点，但始终无法同时达到检定效率高，可靠性强，且设备造价较低的要求。因此，一套能够实现高效，准确且造价较低的超声水表检定标准装置被企业所需要。

发明内容

本发明的目的就是设计一套可以实现多台相同口径超声水表同时检定的标准装置，有效地保证超声水表的检定效率，提高了水流量标准装置的可靠性、准确度和流量测量范围。 

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

本发明包括第一水泵、第二水泵、稳压罐、第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀、第四开关阀、第五开关阀、第六开关阀、第一标准表、第二标准表、第三标准表、第四标准表、第一调节阀、第二调节阀、转向器、电子称和控制系统。

第一水泵、第二水泵的入水口接水池、出水口接稳压罐，第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀、第四开关阀的入水口接稳压罐，第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀、第四开关阀的出水口接对应的第一标准表、第二标准表、第三标准表、第四标准表的入水口，第一标准表、第二标准表、第三标准表、第四标准表的出水口经第五开关阀后与三个串联的被检表连接，第一调节阀、第二调节阀并联，其并联端的入口与三个串联的被检表连接，并联端的出口接转向器，转向器的出水口连接至水池或电子称，电子称的出水口通过第六开关阀连接至水池。

所述的控制系统包括计算机、PLC、AD模块和DA模块，计算机通过485通信协议，对PLC上数据进行读取及控制PLC进行工作。读取标准表流量与被检表流量，输出开关阀的控制，通过AD模块读取标准表及被检表的瞬时量，并通过DA模块对变频器及调节阀的值进行控制，所述变频器用于控制水泵流量。在大流量时，采用标准表法，PLC利用外部电路实现对标准表及被检表的脉冲进行读取；在小流量时，采用静态质量法，通过485通信得到的电子秤值来确定标准流量。

进一步说，所述的PLC为三菱FX2N-60MT，通过通信模块FX2N-485BD实现与计算机的联接，计算机通过LabVIEW编写的软件对PLC中数据进行读取。PLC采用的编程软件为GX developer。

进一步说，所述外部电路包括双时间法电路、AD输入转换电路及输出阀门驱动电路。双时间法电路是基于双时间脉冲法更加准确地计算流量计的脉冲值，进而能够满足PLC的输入要求。AD输入转换电路实现4-20mA电路到1-5V电压的转换，并增加过压保护电路，确保系统可靠性和稳定性。输出阀门驱动电路，用于提高PLC输出驱动电流，有效地保证开关阀所需要的电流。

本发明解决了传统超声水表检定过程中，检定效率低，流量测量范围小，流速不太稳定的问题，实现了多台相同口径超声水表的同时检定功能，保证了流速的稳定及检定装置的流量范围。

本发明的有益效果在于：本发明采用将3台超声水表串联的方式，同时利用静态质量法和标准表法相结合的方法，采用本发明可以明显的提高超声水表的检定效率，提高整个系统的可靠性及准确度。

附图说明

图1为本发明的控制系统示意图。

图2为本发明的超声水表流量标准装置图

图3为基于LabVIEW的软件流程图。

具体实施方式

本发明是利用标准表法及静态质量法相结合，将3台相同口径超声水表串联，有效地提高了超声水表检定效率。在检定过程中，通过稳压罐压力与变频器之间闭环反馈的方法，有效地保证了流速的稳定。在小流量测量过程时，采用静态质量法，在电子秤高精确的测量范围进行检定。在检定前，向电子秤中注入水，直到电子秤中的水达到最准确的测量范围后开始检定，有效地保证了被检表的可靠性及精度等级。在检定常用流量时，采用标准表法，保证精确度和检定效率。

本发明在硬件控制方面，采用一台PLC，相关AD、DA模块及外部电路。PLC利用外部电路实现对标准表及被检表的脉冲进行读取，输出阀门的控制。利用相关AD模块实现对标准表及被检表的瞬时量进行读取，DA模块用来对变频器及调节阀的值进行控制。

本发明在软件编写方面，包含用LabVIEW软件编写的上位机软件及用GX developer软件编写的下位机梯形图。

以下结合实施例和附图进一步说明本发明。

本实施例的配置如下：

序号	设备名称	规格	单位	数量
					1	PLC主机	FX2N-60MT	台	1
2	输入电路	双时间法电路	路	8
					3	输出电路	输出驱动电路	路	11
4	模拟量输入模块	FX2N-4AD	个	3
					5	模拟量输出模块	FX2N-4DA	个	2
6	通信硬件	FX2N-485BD	个	1
					7	编程软件	LabVIEW	套	1

如图1所示，本实施中的超声水表流量标准装置检定系统是由一台计算机通过485通信协议与PLC进行通信。利用双时间法电路和PLC记录标准表及被检表的脉冲与时间，通过AD输入转换电路将4-20mA的电流转换为1-5V的电压，进而能够保证FX2N-4AD模块读取标准表及被检表的瞬时值，温度传感器及压力传感器的值，在信号输出过程中，包括阀门的开关信号及变频器与调节阀的控制，由于一般的开关阀的驱动电压为24V满足PLC的输出要求，但是驱动电流较大，而PLC的驱动能力有限。因此，采用输出驱动电路能够有效的保证驱动电流满足开关阀的要求。变频器及调节阀的输入信号要求为2-40mA。而FX2N-4DA的输出刚好满足这个要求，因此直接采用FX2N-4DA控制变频器及调节阀的。在上位机方面，采用LabVIEW软件编写的程序，大体包括有被检表参数的设置，流量点的设置，检定界面控制，标准表参数设置，历史数据的查询及打印。在被检表参数设置中，主要设置的内容有流量计类型，口径，输出信号格式，脉冲单量等内容。检定界面包含的内容有连接设备，状态记忆，状态恢复，开始检定及取消检定等。状态记忆是当流量满足检定要求时，能够将变频器及调节阀的值记录下来，在下一次对这个流量点进行检定时，只要按下状态恢复按键，变频器及调节阀的值就能够从数据库中读取出来，保障了检定的效率。

如图2所示，本实施例选择了2套水泵及变频器作为系统的动力系统，通过不同的流量点，选择不同的水泵及调节阀进行工作，有效的保证了流速的可调节性。在小流量时，标准标法很难保证数据的准确性，因此选择静态质量法。通过实验得到电子秤最精确的测量范围，在检定前，向电子秤中注入水，直到电子秤中的水达到最准确的测量范围后开始检定，有效地保证了被检表的可靠性及精度等级。在常用流量检定过程中，选择流量范围对应精确度最高的标准表进行检定，有效的保证了检定的效率。

如图3所示，本实施例中的控制软件是基于LabVIEW编写的，大体上包括用户登录，被检表参数设置，检定流量点设置，检定控制界面，数据存储及打印等部分，在检定过程中，通过调节变频器频率和大小调节阀的值，改变流量的大小。当流量达到要求后，稳定一段时间后，开始进入检定阶段。通过与PLC的通信，实现了多台超声水表的检定。

本实施例的操作系统为windows XP或win7，都能够满足系统软件的使用要求。

Claims (3)

1.超声水表流量标准装置，包括第一水泵、第二水泵、稳压罐、第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀、第四开关阀、第五开关阀、第六开关阀、第一标准表、第二标准表、第三标准表、第四标准表、第一调节阀、第二调节阀、转向器、电子称和控制系统，其特征在于：

第一水泵、第二水泵的入水口接水池、出水口接稳压罐，第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀、第四开关阀的入水口接稳压罐，第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀、第四开关阀的出水口接对应的第一标准表、第二标准表、第三标准表、第四标准表的入水口，第一标准表、第二标准表、第三标准表、第四标准表的出水口经第五开关阀后与三个串联的被检表连接，第一调节阀、第二调节阀并联，其并联端的入口与三个串联的被检表连接，并联端的出口接转向器，转向器的出水口连接至水池或电子称，电子称的出水口通过第六开关阀连接至水池；

所述的控制系统包括计算机、PLC、AD模块和DA模块，计算机通过485通信协议，对PLC上数据进行读取及控制PLC进行工作；读取标准表流量与被检表流量，输出开关阀的控制，通过AD模块读取标准表及被检表的瞬时量，并通过DA模块对变频器及调节阀的值进行控制，所述变频器用于控制水泵流量；在大流量时，采用标准表法，PLC利用外部电路实现对标准表及被检表的脉冲进行读取；在小流量时，采用静态质量法，通过485通信得到的电子秤值来确定标准流量。

2.根据权利要求1所述的超声水表流量标准装置，其特征在于：所述的PLC为三菱FX2N-60MT，通过通信模块FX2N-485BD实现与计算机的联接，计算机通过LabVIEW编写的软件对PLC中数据进行读取；PLC采用的编程软件为GX developer。

3.根据权利要求1所述的超声水表流量标准装置，其特征在于：所述外部电路包括双时间法电路、AD输入转换电路及输出阀门驱动电路；双时间法电路是基于双时间脉冲法更加准确地计算流量计的脉冲值，进而能够满足PLC的输入要求；AD输入转换电路实现4-20mA电路到1-5V电压的转换，并增加过压保护电路，确保系统可靠性和稳定性；输出阀门驱动电路，用于提高PLC输出驱动电流，有效地保证开关阀所需要的电流。