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计算机在流量计量中的应用
1、引言
近几年随着计算机技术的飞速发展,以及流量计量技术的更新换代,计算机技术已贯穿在流量计量技术发展的各个阶段。其应用不但体现在流量表的制造技术、数学模型的建立,而且在提高流量表精度、流量测量参数的智能补偿方面,以及流量表的远程维护和故障诊断中.都起着很重要的作用。流量表的智能化、数字化代表着目前流量表发展的主流,那些只能测量单一参数的流量表正逐渐被淘汰。以前,测量仪器仪表采用计算机技术主要应用于航空航天领域和军事领域,而从20世纪90年代开始,逐渐在工业领域得到应用。在计算机技术迅猛发展的今天,流量仪表与计算机相结合,已成为流量计量领域研究热点,以满足流量测量更多的需求。
 
2、计算机技术在流量计量各环节中的应用
1)计算机在流量表制造过程中的应用在现代的流量表开发中已离不开计算机,目前普遍采用电子设计自动化(EDA)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)、数字信号处理(DSP)等技术来完成流量表模型建立、计算控制软件的编程、相关参数及仪表抗干扰能力实验室测试等工作。流量表智能化程度日益增强,其主要的技术都得益于大量采用了计算机技术;它不但产品开发周期短、成本低.而且组织生产容易、快捷。FDA的加入无疑给设计人员提供了方便、快捷的平台。设计人员通过计算机的辅助设计,就能轻松完成繁重的硬件设计任务。设计人员通过数据采集得到的信号,经过一系列的模拟设计,zui后再还原成实际的信号。这种真实加虚拟的形式,改变了以往只有搭好电路的各个部分,才能进行联调的状况,用软件设计硬件.缩短了研发时间。在流量表的装配技术上,也依靠计算机来完成流量表的配件装配,依靠计算机控制机械手进行法兰焊缝连接等。
目前很多流量表制造厂商除了在仪表出厂前在流量标准装置上进行整体性能测试外,还可以通过计算机模拟现场的工艺测量信号和干扰信号,进行流量表实验室的调整和诊断调试,进而进行整体性能评价,使出厂的产品性能更加可靠。
2)计算机技术在流量表多参数测量中的应用
当今价格高、性能稳定的流量表都具有多参数测量功能,其流量检测元件或流量传感元件除感受流量外,已充分利用计算机技术,通过增加必要的测量元件,増强流量表本身的功能,进而衍生出流量表的其他功能。这些都可简化流程的检测系统,减少仪表的数量和连接管线,降低费用。如:质量流量计与工艺管道的差压检测技术配套,就可衍生其测量粘度的功能;涡街流量计配用差压变送器测量质量和流量;气体体积流量计内装压力温度传感元件测量质量和流量:电磁流量计内装温度检测元件修正体积、温度变化的影响等。
3)计算机技术在流量表精度测量中的应用
流量测量的重要指标是计量精度,除了仪表本身采用的技术原理与测量精度有直接关系外,还可利用计算机技术来提高仪表的测量精度。主要体现在①通过采用软件滤波等技术,消除过程干扰,提高流量检测信号强度:②动态地修正流量表的零点,避免流量表的静态零点变化,引起计量误差:③扩展流量表的量程,避免小流量和大流量信号的测量溢出:④普遍采用DSP数字处理技术,使计量检测信号计算和传递更可靠;⑤剩用计算机技术实行流量信号全参数补偿,大大地提高了流量信号的测量精度。
4)计算机在流量数据补偿中的应用
流量测量是工业测量中4大参数(流量、温度、液位、压力)之一,精确的流量测量必须考虑介质的温度、压力的影响。由于在流量仪表的设计过程中,提供的温度、压力与实际运行的工作温度、压力存在一定的差异.或者由于工艺造成流体温度、压力波动较大,致使测量的流量不能真实反映实际工况下的流量。绝大多数的流量仪表只有在流体工况与设计条件一致时才能保证其较高的测量精度。有些流体.比如蒸汽、瓦斯等气体流体,其变化情况对测量精度影响更大,必须予以温压补偿。特别是在气体的计量上,密度也是温度、压力的函数不再遵循理想气体状态方程,且在不同的压力、温度区间,函数关系也不同,很难用一个简单的函数关系表示,因此传统技术上的拟合公式法,很难满足计量需要。但在实际过程中.利用计算机可以很好地解决此类问题,即把各个不同区域的特性,根据测量现场实际的温度、工作压力、流量等工况条件,修正由于测量实际工作点偏离设计点而引起的设计计算参数变化。例如:节流孔板的流出系数、膨胀系数,运动粘度、密度,开孔径和管道内径都会随着工艺条件的变化而引起设计值相当大的偏离,进而造成很大的误差。孔板流量计设计精度为1%,但实际工况下的计量精度可能超过5%,通过计算机修正计算,可以使节流装置的计量准确度在较宽范围内保持不变。以节流装置为例,常规算法可以保证节流装置在设计工作点周围的3:1量程范围实现1%的系统计量准确度。节流装置量程的动态扩展技术可以在大多数情况下,将节流装置的工作点作为“设计点”来修正节流件工况条件变化影响。
在对气体介质进行补偿时,也大量采用了计算机技术,在低压范围内,可以利用理想气体状态方程来进行温度、压力补偿:但在高压时,同时考虑气体压缩系数的影响:;在高压区,则必须考虑压缩系数的影响,否则将会引起明显的误差。像常规方法那样把K系数看成常数,将会造成不可忽视的测量误差。分析计算表明,当温度和压力在设计值T和P基础上变化20%,RED变化60%,如果只补偿密度变化的影响,那么使密度变化引起的误差为零,即认为实现了对密度的完全补偿,其他各余留参数变化累加后的zui大误差可达6%左右。其中引入的误差zui为明显,对于常规仪表来说,这些余留误差没有可能得到补偿:但采用计算机补偿系统,补偿这些参数的变化成为可能,即全参数补偿。
5)计算机在流量表数据采集系统中的应用
能否实现流量仪表实时监测.是制约很多在线流量仪表发挥作用的瓶颈问题。
以国内某公司贸易出厂装运计量系统为例,利用计算机技术、流量测量技术、通讯技术和网络技术,建立了数据采集系统架构,如图1所示。
建立此系统后,实现了实时传递流量表的流量累积量、温度、密度等信息:动态监测流量表的运行状态,发现故障及时处理:装载量予装设定,动态监测装载量的变化情况,到量提示报警;实现在线密度测量功能,对装载油品实行密度加权分析:远程监控流量表运行历史曲线,判断流量计是否出现断电、测量流体是否出现两相流,以便准确确定流量表计量数据;自动形成贸易出厂票,并进行网上传递,又实时监控计量仪表动态运行状态,实现远程管理和维护计量仪表的目的,并能避免因雷电、断电、介质二相流影响的由于计量表不计量而导致的损失。
6)计算机技术在流量表远程维护中的应用
计算机不但在流量表的制造和智能化远传功能上作用大,而且近年来通过流量表与计算机技术的结合应用,使流量表的远程诊断和维护成为可能。目前大部分仪表已具备了智能远传功能,同时仪表内部配置必要的存储器,保留仪表运行过程的超限数据和必要的报警,待远程技术人员通过网络等手段.远程访问该流量表。通过调用检査仪表内部的信息就可判断仪表曾经出现过什么问题,详细分析究竟是工艺原因,还是仪表自身故障造成的。
 
3、计算机技术在流量计量中的应用
流量测量技术与计算机技术的结合为流量测量仪表的发展提供了广阔的发展空间,流量表发展趋势将体现在如下方面:
①汁量精度逐渐提高,流量表通过应用计算机软件实现的线形补偿、数字滤波、温压补偿技术等都可大大提高流量表的计量精度;②智能化程度、网络化功能加强;③人工维护量小,自我诊断能力增强④测量参数增多,一表多能⑤:配合网络技术,具备远程维护接口功能,方便远程诊断和故障处理;⑥开辟新的流量测量领域,解决多相流体等流量的测量难题。
由于微电子技术的进步,流量仪表产品进一步与微处理器、PC技术融合,流量仪表的数字化、智能化水平不断得到提高。流量仪表中也采用了大量的超大规模集成(VLSI)的新器件、表面贴装技术(SMT)、多层线路板印刷、圆片规模集成(WSI)和多芯片模块(MCM)等新工艺以及CAD,CAM,CAP,CAT等计算机辅助手段,使多媒体技术、人机交互、模糊控制、人工神经元网络等新技术在现代流量仪表中得到广泛应用。
目前国际上现场总线与智能仪表的发展趋式呈现多种总线及其仪表共存发展的局面。HARF,FFProfibus, Lonw orks, Worldfip,CAN等总线都从应用于某一领域不断向其他领域扩展。多种智能化流量仪表已陆续推向市场,流量仪表正经历着深刻的智能化变革。集成测试系统也走向了网络化,各台仪器之间通过GPIB总线、VXI总线相连。另外,现在的仪器更多地使用的是采用标准软件接口的 Windows操作软件,来代替以前强调的固化软件,未来仪器和计算机的联系也将会日趋紧密,流量仪表上应当具备计算机的所有接口,比如说USB接口、标准并口、局域网接口等,测量的数据也应可以存入软盘、光盘保存,这样的流量测量仪器使用起来更像一台简易电脑。
 
4、结语
流量测量中采用计算机技术使各类参数的检测由常规仪表时代进入了高科技的计算机时代,流量测量已完全数字化.,同时也使企业综合自动化和生产过程的zui优控制得以实现,这是今后检测与控制系统发展的必然方向。随着科技的进步和发展,将传感技术、计算机技术、微电子技术、通信技术、网络技术应用到流量测量,必将使流量测量技术更加科学和准确。
 

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