CN105115575A - 质量流量计流速模拟方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种质量流量计流速模拟方法及系统，应用于流体流量测量领域，本发明通过人机交互装置来实现对于质量流量的参数设置，进而再通过控制器和质量流量计的通信配合，并依据设置不同的百分比测试点的相位差来实现验证质量流量计电路功能是否及线性度是否在合理范围。本发明适用于在不需要实际管道流体的情况下,模拟质量流量计两磁电传感器的时间差,实现流速的模拟和线性度分析。

Description

质量流量计流速模拟方法及系统

技术领域

本发明涉及液体流量测量领域，适用于在不需要实际管道流体的情况下,实现流速的模拟和线性度分析，更加具体地来讲，特别是涉及一种质量流量计流速模拟方法及系统。

背景技术

由于质量流量计可以直接测量介质的质量流量，解决了传统质量测量采用在测量体积流量的基础上，通过密度、温度、压力等参数的测量，换算和修正到质量流量，避免了这种间接测量质量流量的方法，中间环节多，累计误差大等缺点，使其得到广泛应用。

在此前的超声波流量计研发时,为得到流速的信息,须将质量流量计U型管传感器安装在实际的管道上,并通过一定流速的流体,才能验证流量计相关电路是否正常,测量结果是否线性等相关信息。因此有必要设计一种产生质量流量计传感器相位差信号模拟电路系统,使质量流量计的参数验证工作在没有实际管道和流体的情况下,也可以验证质量流量计是否正常,以及流量计线性度是否在合理范围内。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种质量流量计流速模拟方法及系统，用于解决现有技术中必须要有管道和流体的情况下才能测量测量体积流量的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供以下技术方案：

一种质量流量计流速模拟方法，包括：当第一次检测到启动按钮信号时，依据提供的流速参数设置来确定多个不同流速量程百分比的测试点，并依次生成每个测试点对应的相位差信号，并将其输出；当第二次检测到启动按钮信号时，质量流量计响应所述多个测试点对应的相位差信号，以计算得到所述多个测试点对应的流速和线性度，并予以显示。

优选地，在将所述相位差信号输出前，还包括：对生成的所述相位差信号进行放大后，予以输出。

优选地，所述相位差信号为两路等幅时差信号。

优选地，所述等幅时差信号包括幅值相同的正弦波信号。

另外，本发明还提供了一种质量流量计流速模拟系统，包括：人机交换装置，适用于提供的流速参数设置；控制器，适用于当第一次检测到启动按钮信号时，依据所述流速参数设置来确定多个不同流速量程百分比的测试点；DA正弦波发生器，适用于依次生成每个测试点对应的相位差信号，并将其输出；质量流量计，适用于当第二次检测到启动按钮信号时，响应所述多个测试点对应的相位差信号，以计算得到所述多个测试点对应的流速和线性度，并在所述人机交换装置予以显示。

优选地，还包括：放大电路模块，适用于在将所述相位差信号输出前，对生成的所述相位差信号进行放大后，予以输出。

优选地，所述相位差信号为两路等幅时差信号。

优选地，所述等幅时差信号包括幅值相同的正弦波信号。

与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下有点：本发明可以在没有管道和流体的情况下,通过由人机交互装置来实现的参数设置来验证质量流量计电路功能是否及线性度是否在合理范围；有效地解决质量流量计功能验证必须在具备管道和一定流速流体情况下才能进行的弊端,使质量流量计的功能验证在无管道流体的情况下也能实现。

附图说明

图1显示为本发明提供的质量流量计流速模拟方法的流程图。

图2显示为根据相位差法测质量流量的原理图。

图3显示为本发明提供的质量流量计流速模拟系统的一实施方式原理图。

图4显示为本发明提供的质量流量计流速模拟系统的另一实施方式原理图。

附图标号说明

1人机交互装置

2控制器

3aDA正弦波发生器1

3bDA正弦波发生器2

4质量流量计

5放大电路模块

S10-S30方法步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

目前，质量流量计产品电路功能是否正常以及线性度是否在一定的范围内的验证,大多是将质量流量计安装在一定口径的标定官道上,通过一定速度的流体,通过改变流体的速度来验证，在不具备管道和流体的情况下,这样的功能测试就不能进行。针对这种情况,本发明提供一种质量流量计流速模拟方法及系统,可以在没有管道和流体的情况下,通过参数设置和生成相位差来验证质量流量计电路功能是否及线性度是否在合理范围。

请参考图1，示出了本实施例中提供的一种质量流量计流速模拟方法的流程图，以下通过具体步骤进行详细说明。

步骤S10，提供流速参数设置。

在具体实施中，流速参数设置是通过人为地输入实现地，可以根据流量计的情况来设定相应的流速参数，例如U形管弹性系数(模量)、U型管圆弧半径以及结构常数等。

步骤S20，当第一次检测到启动按钮信号时，依据提供的流速参数设置来确定多个不同流速量程百分比的测试点，并依次获取每个测试点对应的相位差的差值。

具体地，请结合图2，给出了根据相位差法测质量流量的原理图，其中，质量流量的计算公式为：

式(1)中Ks为U形管弹性系数(模量),R为U型管圆弧半径,K为结构常数，且有K＝R(4L+πR)，L为U型管直管段长度,为质量流量，为U形管相位差。由此可知，当U型管传感器形状固定后，那么R、Ks及K为常数，这时只要测量得出在驱动管两端的两磁电传感器的相位差即可得出质量流量Q_m。

在具体实施中，设置好质量流量计的流速参数后，第一次按下测试启动按钮后，经过上述公式(1)计算，就可以确定在多个不同流速量程百分比的测试点(一般设置5个测试点，例如10％、30％、60％、90％及100％，下面就以此为例进行说明)对应的相位差，即时差值的值。

步骤S30，当第二次检测到启动按钮信号时，流量计响应所述多个测试点对应的相位差差值，以计算得到所述多个测试点对应的流速和线性度，并予以显示。

在具体实施中，按下测试启动按钮，当检测到启动按钮信号后测试过程启动，流量计首先按照上述确定的测试点控制输出量程10％大小的质量流量对应的时差值，该时差值以两路等幅时差信号的形式输出至质量流量计，例如幅值为100毫伏的正弦波，输出的两路等幅时差信号被待测质量流量计检测，并得出质量流量值；同样地，接下来再测试量程30％大小的质量流量对应的，重复上述过程直到测试完量程100％大小的质量流量对应的。最后将所有测得的流量信息经处理后在显示屏上进行显示。需要理解的是，量程设定后，对应的5个测试点就明确了，量程设定是根据质量流量计上的传感器测量范围而变化的，如量程设置为10g/s，对应的10％，30％，60％，90％，100％检测点为(1g/s，3g/s，6g/s，9g/s，10g/s)，量程只有一个。为了测量线性度，根据量程不同，需要设置5个检测点，分别为量程的10％，30％，60％，90％，100％，不同检测点，如公式(1)所示，确定了弹性模量、U型管半径、结构常数等参数后，仅需改变，如果待测质量流量计工作收发信号功能正常，就能得出相应的理论流速，线性度误差不应超过3％。

进一步地，再结合图3，本发明实施例中还提供了一种质量流量计流速模拟系统的原理图，如图所示，所述质量流量计流速模拟系统包括人机交换装置、控制器2、DA正弦波发生器及质量流量计4，其中，控制器2分别连接于人机交换装置、DA正弦波发生器及质量流量计4，人机交换装置适用于提供的流速参数设置；控制器2，适用于当第一次检测到启动按钮信号时，依据所述流速参数设置来确定多个不同流速量程百分比的测试点；DA正弦波发生器，适用于依次生成每个测试点对应的相位差信号，并将其输出；质量流量计4，适用于当第二次检测到启动按钮信号时，响应所述多个测试点对应的相位差信号，以计算得到所述多个测试点对应的流速和线性度，并在所述人机交换装置予以显示。

在具体实施中，再次结合图3，在本发明提供的实施例中所述质量流量计流速模拟系统包括两个DA正弦波发生器，即DA正弦波发生器1(3a)和DA正弦波发生器2(3b)，控制器2依据流速参数设置来控制DA正弦波发生器1(3a)和DA正弦波发生器2(3b)生成两个正弦波信号，并使两个正弦波信号的幅值保持相等，以形成两个等幅时差信号，即通过两个等幅时差信号来模拟形成所述相位差信号。

进一步地，质量流量计4中两个磁电传感器在接收到上述两个DA正弦波发生器生成的两个正弦波信号后，计算得到相应的流速值并将其发送至控制器2，再由控制器2将计算得到的每个测试点所对应的流速值做线性度模拟后在人机交互装置1显示。

更加详细地来讲，在具体实施中，控制器2可以采用FPGA、ARM以及单片机等任一种微型控制器2，这里以FPGA为例进行说明，FPGA可以通过RS232接口与待测质量流量计4通信，根据命令不同控制两DA转换器输出不同相位差的正弦波形信号。由上面的质量流量计算公式(1)可知，设置好质量流量计参数(即流程参数)后，系统就可以确定在多个不同量程百分比测试点(这里以5个测试点为例进行说明，该5个测试点分别为：10％、30％、60％、90％及100％。)对应相位差。按下人机交互装置1上的启动按钮,测试过程启动。FPGA通过RS232接口通知质量流量计4测试过程开始，质量流量计4首先经由FPGA控制DA正弦波发生器输出量程10％大小的质量流量对应的时差值，例如输出两路幅值100毫伏的正弦波，输出的两路等幅时差信号被待测质量流量计检测，以计算得出相应的质量流量值(即流速值)并传给FPGA，再由FPGA传送到人机交互装置1上显示。接下来系统再发出量程30％大小的质量流量对应的时差值，重复上述过程直至得到100％大小的质量流量对应的时差值。接下来再将依据每个时差值得到质量流量值全部发送给FPGA，FPGA这些质量流量值发送给人机交互装置1显示，以及对这些质量流量值做线性模拟拟合后在人机交互装置1显示。

需要理解的是，量程设定后，对应的5个检测点就明确了，量程设定是根据质量流量计4中磁电传感器测量范围而变化，如量程设置为10g/s，对应的10％，30％，60％，90％，100％测试点为(1g/s，3g/s，6g/s，9g/s，10g/s)，量程只有一个。为了测量线性度，根据量程不同，需要设置5个检测点，分别为量程的10％，30％，60％，90％，100％，不同检测点，如公式(1)所示，确定了弹性模量、U型管半径、结构常数等参数后，仅需改变，如果待测质量流量计4工作收发信号功能正常，就能得出相应的理论流速，系统的线性度误差不应超过3％。本系统目前设置的检测点是上述5个，这也是超声波流量计行业内流速实流标定一般要求的检测点，以后，可以通过触摸屏参数设置灵活更改检测点位置和数量。

在具体实施中，请参考图4，由于DA正弦波发生器生成的等幅时差信号要能够与质量流量计4想适配，还可以在DA正弦波发生器和质量流量计4之间设置一放大电路模块5，适用于在将所述相位差信号输出前，对生成的所述相位差信号进行放大后，予以输出至质量流量计4中。

在具体实施中，人机交互装置1可以采用触摸屏型的电子设备，也可以是物理案件型的电子设备，这可以根据环境情况和具体需求来自由选择，只要能够达到数据输入功能和数据显示功能即可。

综上所述，现有质量流量计产品电路功能是否正常以及线性度是否在一定的范围内的验证,大多是将质量流量计安装在一定口径的标定官道上,通过一定速度的流体,通过改变流体的速度来验证。在不具备管道和流体的情况下,这样的功能测试就不能进行。针对这种情况，本发明提供了一种质量流量计流速模拟方法及系统,可以在没有管道和流体的情况下,通过由人机交互装置1来实现的参数设置来验证质量流量计电路功能是否及线性度是否在合理范围。总之，本发明有效地解决质量流量计功能验证必须在具备管道和一定流速流体情况下才能进行的弊端,使质量流量计的功能验证在无管道流体的情况下也能实现。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种质量流量计流速模拟方法，其特征在于，包括：

当第一次检测到启动按钮信号时，依据提供的流速参数设置来确定多个不同流速量程百分比的测试点，并依次生成每个测试点对应的相位差信号，并将其输出；

当第二次检测到启动按钮信号时，质量流量计响应所述多个测试点对应的相位差信号，以计算得到所述多个测试点对应的流速和线性度，并予以显示。

2.根据权利要求1所述的质量流量计流速模拟方法，其特征在于，在将所述相位差信号输出前，还包括：对生成的所述相位差信号进行放大后，予以输出。

3.根据权利要求1所述的质量流量计流速模拟方法，其特征在于，所述相位差信号为两路等幅时差信号。

4.根据权利要求3所述的质量流量计流速模拟方法，其特征在于，所述等幅时差信号包括幅值相同的正弦波信号。

5.一种质量流量计流速模拟系统，其特征在于，包括：

人机交换装置，适用于提供的流速参数设置；

控制器，适用于当第一次检测到启动按钮信号时，依据所述流速参数设置来确定多个不同流速量程百分比的测试点；

DA正弦波发生器，适用于依次生成每个测试点对应的相位差信号，并将其输出；

质量流量计，适用于当第二次检测到启动按钮信号时，响应所述多个测试点对应的相位差信号，以计算得到所述多个测试点对应的流速和线性度，并在所述人机交换装置予以显示。

6.根据权利要求5所述的质量流量计流速模拟系统，其特征在于，还包括：

放大电路模块，适用于在将所述相位差信号输出前，对生成的所述相位差信号进行放大后，予以输出。

7.根据权利要求5所述的质量流量计流速模拟系统，其特征在于，所述相位差信号为两路等幅时差信号。

8.根据权利要求7所述的质量流量计流速模拟系统，其特征在于，所述等幅时差信号包括幅值相同的正弦波信号。