CN113884165B - 一种无磁计量模块性能检测装置及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无磁计量模块性能检测装置及实现方法，克服了现有技术中的无磁计量模块性能检测装置无法测试出无磁计量模块在不同电压和复杂流速曲线下的电磁计量的准确性的问题，装置包括自下而上依次安装的测试底板、无磁计量模块底座、转速动力机构，还包括高度调距机构以及与测试底板连接的上位机。方法包括：设置步进电机的转速与转动方向；调节转子与待测无磁计量模块之间的距离并记录；调节输出到待测无磁计量模块的电压并记录；计算步进电机转动圈数和待测无磁计量模块实际检测到的脉冲数据的差值；根据计算结果，对无磁计量模块计量准确性进行分析。能够在测试过程中通过调距机构实现动态测量无磁计量模块在不同探测距离下的计量性能。
Description
技术领域
本发明涉及流量计量技术领域，特别涉及了一种无磁计量模块性能检测装置及实现方法。
背景技术
目前绝大部分的无磁计量模块是与半圆金属指针旋转形成电动势影响从而实现无磁计量数据的采集。而最佳探测距离是影响无磁计量准确性的关键因素，在无磁计量模块的研发、出厂测试过程中，需要验证探测距离、需要验证理论与实际转换计数误差，需要验证不同工作电压、流速和探测距离下的计量性能。
传统的用于测试无磁计量模块性能的装置，包括壳体，壳体内设置有步进电机和信号处理电路，步进电机的转子上连接有圆盘，圆盘的上表面上设置有金属贴片，壳体上设置有两个位于圆盘上方的凹槽，优点在于通过在步进电机转子上设置一个绝缘的圆盘，并在圆盘上表面上设置金属贴片，在圆盘上方设置两个用于置放被测电子模块的LC传感器的凹槽，但该方案仅能测试模块的计量性能是否完好，无法测试出探测距离的最佳值以及无磁计量模块在不同供电电压和复杂流速曲线下的电磁计量的准确性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中传统的无磁计量模块性能检测装置无法测试出探测距离的最佳值以及无磁计量模块在不同供电电压和复杂流速曲线下的电磁计量的准确性的问题，提供了一种无磁计量模块性能检测装置及实现方法，能够在测试过程中通过调距机构实现动态测量无磁计量模块不同探测距离性能、能够通过上位机实现动态调节无磁计量模块并验证其在该条件下计量准确性、能够通过上位机实现动态调节转速(模拟流速)和转动方向并验证其在该条件下计量准确性。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种无磁计量模块性能检测装置，其特征在于，包括：
转速动力机构：用于模拟液体的流速以及流动方向；
高度调距机构：用于调节转子与待测无磁计量模块之间的距离；
测试底板：与上位机进行数据通信、控制电压调节电路输出不同的电压、与待测无磁计量模块进行通信、与电机驱动板通信、进行数据处理和保存；
无磁计量模块底座：用于支撑待测无磁计量模块，需将供电、脉冲、调试输出探针引出；
上位机：与测试底板交互，能够调节转速动力机构的转速与输出电压；
所述高度调距机构、无磁计量模块底座、测试底板、转速动力机构自上而下依次安装。
测试时，通过上位机软件设定复杂的转速、供电电压、数据保存间隔、工作时长、脉冲当量等参数，通过调距机构调整半圆金属指针和待测无磁计量模块之间的间距，利用转速动力机构模拟液体的流速以及流动方向，测试底板则计算步进电机转动圈数。将待测无磁计量模块放在无磁计量模块底座上，测试底板计算出计量机构的理论计量值和无磁计量模块实际检测的脉冲数据，根据两者的差值校验无磁计量模块的准确性。
作为优选，所述的转速动力机构包括电机驱动板、步进电机以及带有部分金属的转子，所述电机驱动板包括IIC驱动控制单元，所述步进电机与电机驱动板连接，所述电机驱动板与测试底板连接。所述电机驱动板用于驱动步进电机运行，步进电机转速可以模拟流体的流速，电机的转动方向用于模拟流体的流动方向。
作为优选，所述的高度调距机构包括调节杆和高度显示部件，所述高度显示部件用于显示转子与待测无磁计量模块之间的距离。通过高度调距机构机械或手动调整转子和无磁计量模块之间的间距，精度为毫米，优点在于当转速动力机构在运行过程中，可以动态调节调距机构，记录高度设置值，最终作为判断无磁计量模块能感应到信号的极限距离。
作为优选，所述的测试底板包括单片机控制电路、电压调节电路、通信电路以及稳压芯片，所述的单片机控制电路包括单片机控制单元，所述电压调节电路与通信电路均与单片机控制电路连接，所述单片机控制单元与IIC驱动控制单元连接，所述IIC驱动控制单元与稳压芯片连接。测试底板的单片机满足具有IIC总线通讯功能就能实现电压调节，再结合上位机，使得转速动力机构在运行过程中，也能动态调节无磁计量模块工作电压。
一种实现动态测量无磁计量模块性能的方法，包括：
S1：在上位机上设置步进电机的转速与转动方向；
S2：通过高度调距机构调节转子与待测无磁计量模块之间的距离并记录高度值；
S3：调节输出到待测无磁计量模块的电压并记录电压值；
S4：测试底板计算计量机构的计量值和待测无磁计量模块实际检测到的脉冲数据，计算两者差值；
S5：根据计算结果，对无磁计量模块计量准确性进行分析。
通过上位机软件设定复杂的转速、供电电压、数据保存间隔、工作时长、脉冲当量等参数，可通过转速动力机构模拟液体的流速、转动方向，可通过调距机构调整转子和待测无磁计量模块之间的间距；并能动态调节电压。从而检测在不同复杂曲线转速下得到待测无磁计量模块的流速适用范围、实现动态测量无磁计量模块不同探测距离性能。测试底板收到上位机设定的参数控制电机驱动板从而使步进电机以不同速度正转和反转和停止动作。步进电机优选为42系列步进电机，可根据使用者设置细分和电流，如设置成1细分参数，即一圈400个脉冲，电流设定为0.5A，当步进带动半圆金属指针运动，无磁计量模块输出脉冲数，测试底板则计算步进电机转动圈数和实际检测的脉冲数据，计算正反转下的脉冲差值，通过设定的数据保存时间间隔更新正反转下的脉冲、差值、转动圈速。
作为优选，所述的步骤S1进一步包括：
S1.1：判断步进电机根据定值转速运行还是变化转速运行，如果是定值转速，进入步骤S1.2，如果是变化转速，进入步骤S1.3；
S1.2：直接在上位机上设置具体的转速值；
S1.3：判断步进电机根据不同管径模拟流速还是自定义模拟流速运行，如果是不同管径模拟流速，进入步骤S1.4，如果是自定义模拟流速，进入步骤S1.5；
S1.4：计算不同管径的流速；
S1.5：计算自定义模拟流速。
利用步进电机的转速和转向来模拟流体的流速和流动方向，电机转速可以设置定值，使电机按照固定的转速运行。也可以设置变化转速，根据管径设置转速，并设置好每段转速的时间；或者自定义转速。
作为优选，所述的步骤S1.4进一步表示为：不同管径流速计算方法为：
根据管道公称直径大小、流速大小以及流速的比值，计算出不同流速对应的电机的转速，将计算出的转速添加到变化转速自选内，再设定每段转速的持续工作时长，最终模拟不同管径下的不同转速进行运行。如：管道公称直径范围为DN15、DN20、DN25、DN32，流速大小为Q1、Q2、Q3、Q4；设DN15-Q3＝2.5m3/h，DN20-Q3＝4m3/h，DN25-Q3＝6.3m3/h，DN32-Q3＝10m3/h，流速固定比值Q2/Q1＝1.6，Q4/Q3＝1.25，由此设置Q3/Q1比值，范围为40～400，可以得出Q1～Q4的分别对应的转速。将计算出的转速添加到变化转速自选内，再设定每段转速的持续工作时长，最终模拟不同管径下的不同转速进行运行。
作为优选，所述的步骤S1.5进一步表示为：自定义模拟流速计算方法为：
设定一个多项式系数函数，其中自变量X代表设定的平均改变周期，单位为秒，多项式中的系数代表不同的速度斜率，通过设定自变量X和系数，模拟出流速变化曲线。根据得到的流速变化曲线，最终每段变化转速以平均改变周期运行设定的持续时间再切换到下一段转速函数运行。如设定一个多项式系数函数：a0+a1X+a2X2，其中X代表设定的平均改变周期，单位为秒，多项式中的系数a0、a1和a2表示不同的速度斜率，通过设定平均改变周期，即参数X和系数a0、a1和a2，就能模拟出斜率曲线，最终每段变化转速以平均改变周期运行设定的持续时间再切换到下一段转速函数运行。
作为优选，所述的步骤S3进一步包括：
S3.1：将输出电压分别经测试底板上的测试底板的单片机控制单元、电机驱动板内的IIC驱动控制单元、测试底板上的稳压芯片进行处理，得到稳定电压；
S3.2：将稳定的电压输出到待测无磁计量模块并记录输出的电压值。
本发明优选瑞萨芯片ISL9122A芯片方案实现电压调节，成本低，且性能稳定，其测试底板的单片机控制电路只需满足具有IIC总线通讯功能就能实现电压调节，再结合上位机，在转速动力机构在运行过程中，能动态调节无磁计量模块工作电压。
因此，本发明具有如下有益效果：1、其测试底板受到上位机设定的参数控制驱动板从而使步进电机以不同速度正转和反转和停止动作，从而可以检测在不同复杂曲线转速下得到待测无磁计量模块的流速适用范围；2、可以设置不同电压、不同距离，通过测试底板算出计量步进电机转动圈数和待测无磁计量模块感应金属指针输出的脉冲值对比差值以校验待测无磁计量模块的性能。
附图说明
图1是本发明无磁计量模块性能检测装置的正视图；
图2是本发明无磁计量模块性能检测装置的俯视图；
图3是本发明实现动态测量无磁计量模块性能的方法流程图；
图4为本发明自定义模拟流速中不同斜率转速曲线图；
图5为本发明测试结果图；
图中：1、转速动力机构；2、高度调距机构；3、测试底板；4、无磁计量模块底座。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本实施例为一种无磁计量模块性能检测装置，其主视图如图1所示，包括支架以及用于模拟液体的流速以及流动方向的转速动力机构1，用于调节转子与待测无磁计量模块之间的距离的高度调距机构2，与上位机进行数据通信、控制电压调节电路输出不同的电压、与待测无磁计量模块进行通信、与电机驱动板通信、进行数据处理和保存的测试底板3以及用于支撑待测无磁计量模块，需将供电、脉冲、调试输出探针引出的无磁计量模块底座4以及与测试底板交互。所述高度调距机构安装在无磁计量模块底座上，所述无磁计量模块底座安装在测试底板上，所述测试底板安装在支架上，位于转速动力机构上方，所述胡转速动力机构案主功能在支架上。所述高度调距机构、无磁计量模块底座、测试底板、转速动力机构自上而下依次安装。
测试时，通过上位机软件设定复杂的转速、供电电压、数据保存间隔、工作时长、脉冲当量等参数，通过调距机构调整半圆金属指针和待测无磁计量模块之间的间距，利用转速动力机构模拟液体的流速以及流动方向，测试底板则计算步进电机转动圈数。将待测无磁计量模块放在无磁计量模块底座上，测试底板计算出计量机构的理论计量值和无磁计量模块实际检测的脉冲数据，根据两者的差值校验无磁计量模块的准确性
其俯视图如图2所示，包括高度调距机构、无磁计量模块底座以及测试底板，所述高度调距机构安装在无磁计量模块底座上，所述无磁计量模块底座安装在测试底板上。测试时，将待测无磁计量模块安装在无磁计量模块底座上，通过高度调距机构调节转速动力机构中转子与待测无磁计量模块的距离。
本实施例为一种实现动态测量无磁计量模块性能的方法，如图3所示，包括：
步骤一：在上位机上设置步进电机的转速与转动方向
判断步进电机根据定值转速运行还是变化转速运行，如果是定值转速，直接在上位机上设置具体的转速值；如果是变化转速，判断步进电机根据不同管径模拟流速还是自定义模拟流速运行。
如果是不同管径模拟流速，根据管道公称直径大小、流速大小以及流速的比值，计算出不同流速对应的电机的转速，将计算出的转速添加到变化转速自选内，再设定每段转速的持续工作时长，最终模拟不同管径下的不同转速进行运行。如：管道公称直径范围为DN15、DN20、DN25、DN32，流速大小为Q1、Q2、Q3、Q4；设DN15-Q3＝2.5m3/h，DN20-Q3＝4m3/h，DN25-Q3＝6.3m3/h，DN32-Q3＝10m3/h，流速固定比值Q2/Q1＝1.6，Q4/Q3＝1.25，由此设置Q3/Q1比值，范围为40～400，可以得出Q1～Q4的分别对应的转速。将计算出的转速添加到变化转速自选内，再设定每段转速的持续工作时长，最终模拟不同管径下的不同转速进行运行。
如果是自定义模拟流速，设定一个多项式系数函数，其中自变量X代表设定的平均改变周期，单位为秒，多项式中的系数代表不同的速度斜率，通过设定自变量X和系数，模拟出流速变化曲线。根据得到的流速变化曲线，最终每段变化转速以平均改变周期运行设定的持续时间再切换到下一段转速函数运行。如设定一个多项式系数函数：a0+a1X+a2X2，其中X代表设定的平均改变周期，单位为秒，多项式中的系数a0、a1和a2表示不同的速度斜率，通过设定平均改变周期，即参数X和系数a0、a1和a2，就能模拟出斜率曲线，最终每段变化转速以平均改变周期运行设定的持续时间再切换到下一段转速函数运行。其不同斜率转速曲线图如图4所示。
步骤二：通过高度调距机构调节转子与待测无磁计量模块之间的距离并记录高度值
通过高度调距机构机械或手动调整转子和无磁计量模块之间的间距，精度为毫米，优点在于当转速动力机构在运行过程中，可以动态调节调距机构，记录高度设置值，最终作为判断无磁计量模块能感应到信号的极限距离。
步骤三：调节输出到待测无磁计量模块的电压并记录电压值
将输出电压分别经测试底板上的测试底板的单片机控制单元、电机驱动板内的IIC驱动控制单元、测试底板上的稳压芯片进行处理，得到稳定电压；将稳定的电压输出到待测无磁计量模块并记录输出的电压值。
步骤四：测试底板计算计量机构的计量值和待测无磁计量模块实际检测到的脉冲数据，计算两者差值
其测试底板收到上位机设定的参数控制驱动板从而使步进电机以不同速度正转和反转和停止动作，42系列步进电机可根据使用者设置细分和电流，如设置成1细分参数，即一圈400个脉冲，电流设定为0.5A，当步进带动半圆金属指针运动，无磁计量模块输出脉冲数，测试底板则计算步进电机转动圈数和实际检测的脉冲数据，计算正反转下的脉冲差值。
步骤五：根据计算结果，对无磁计量模块计量准确性进行分析
通过设定的数据保存时间间隔更新正反转下的脉冲、差值、转动圈速，得到合适的间距设置，并显示在上位机上，直到工作时长结束电机停止工作，期间可调节间距、供电电压等参数。最终导出的具体数据表格如图5所示。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (9)
1.一种无磁计量模块性能检测装置，其特征在于，包括：
转速动力机构（1）：用于模拟液体的流速以及流动方向，通过模拟流速变化曲线，最终每段变化转速以平均改变周期运行设定的持续时间再切换到下一段转速函数运行；
高度调距机构（2）：用于动态调节转子与待测无磁计量模块之间的距离；
测试底板（3）：包括多个电路，与上位机进行数据通信、控制电压调节电路输出不同的电压、与待测无磁计量模块进行通信、与电机驱动板通信、进行数据处理和保存，检测在不同复杂曲线转速下得到待测无磁计量模块的流速适用范围；
无磁计量模块底座（4）：用于支撑待测无磁计量模块，将供电、脉冲、调试输出探针引出；
上位机：与测试底板（3）交互，能够调节转速动力机构（1）的转速与输出电压；
所述高度调距机构（2）、无磁计量模块底座（4）、测试底板（3）、转速动力机构（1）自上而下依次安装。
2.根据权利要求1所述的一种无磁计量模块性能检测装置，其特征在于，所述的转速动力机构（1）包括电机驱动板、步进电机以及带有部分金属的转子，所述电机驱动板包括IIC驱动控制单元，所述步进电机与电机驱动板连接，所述电机驱动板与测试底板连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种无磁计量模块性能检测装置，其特征在于，所述的高度调距机构（2）包括调节杆和高度显示部件，所述高度显示部件用于显示转子与待测无磁计量模块之间的距离。
4.根据权利要求2所述的一种无磁计量模块性能检测装置，其特征在于，所述的测试底板（3）包括单片机控制电路、电压调节电路、通信电路以及稳压芯片，所述的单片机控制电路包括单片机控制单元，所述电压调节电路与通信电路均与单片机控制电路连接，所述单片机控制单元与IIC驱动控制单元连接，所述IIC驱动控制单元与稳压芯片连接。
5.一种实现动态测量无磁计量模块性能的方法，采用权利要求1-4所述的任意一项权利要求所述的检测装置，其特征在于，包括：
S1：在上位机上设置步进电机的转速与转动方向；
S2：通过高度调距机构（2）调节转子与待测无磁计量模块之间的距离并记录高度值；
S3：调节输出到待测无磁计量模块的电压并记录电压值；
S4：测试底板（3）计算计量机构的计量值和待测无磁计量模块实际检测到的脉冲数据，计算两者差值；
S5：根据计算结果，对无磁计量模块计量准确性进行分析。
6.根据权利要求5所述的一种实现动态测量无磁计量模块性能的方法，其特征在于，所述的步骤S1进一步包括：
S1.1：判断步进电机根据定值转速运行还是变化转速运行，如果是定值转速，进入步骤S1.2，如果是变化转速，进入步骤S1.3；
S1.2：直接在上位机上设置具体的转速值；
S1.3：判断步进电机根据不同管径模拟流速还是自定义模拟流速运行，如果是不同管径模拟流速，进入步骤S1.4，如果是自定义模拟流速，进入步骤S1.5；
S1.4：计算不同管径的流速；
S1.5：计算自定义模拟流速。
7.根据权利要求6所述的一种实现动态测量无磁计量模块性能的方法，其特征在于，所述的步骤S1.4进一步表示为：不同管径流速计算方法为：
根据管道公称直径大小、流速大小以及流速的比值，计算出不同流速对应的电机的转速，将计算出的转速添加到变化转速自选内，再设定每段转速的持续工作时长，最终模拟不同管径下的不同转速进行运行。
8.根据权利要求6或7所述的一种实现动态测量无磁计量模块性能的方法，其特征在于，所述的步骤S1.5进一步表示为：自定义模拟流速计算方法为：
设定一个多项式系数函数，其中自变量X代表设定的平均改变周期，单位为秒，多项式中的系数代表不同的速度斜率，通过设定自变量X和系数，模拟出流速变化曲线。
9.根据权利要求5所述的一种实现动态测量无磁计量模块性能的方法，其特征在于，所述的步骤S3进一步包括：
S3.1：将输出电压分别经测试底板上的测试底板（3）的单片机控制单元、电机驱动板内的IIC驱动控制单元、测试底板上的稳压芯片进行处理，得到稳定电压；
S3.2：将稳定的电压输出到待测无磁计量模块并记录输出的电压值。
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