MF1型流量顯示儀的一種系統校準方法

崔艷文

摘? 要：通過對MF1型流量顯示儀工作原理及使用中測量誤差產生原因的分析，提出一種便于操作的系統校準方法。調整顯示儀閘門時間，使其與流量計儀表系數相匹配來修正測量誤差。同時校正顯示儀模擬輸出信號，實現流量計、顯示儀和計算機（或其他測量設備）的整體系統校準。最后通過試驗驗證該校準方法的可行性及顯示儀系統校準的必要性。

關鍵詞：流量顯示儀? 系統校準? 儀表系數? 閘門時間? 模擬輸出

中圖分類號：TH814? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）03（b）-0066-04

Absrtact： Based on the analysis of the working principle of MF1 type flow display instrument and? the cause of measurement error in use， a convenient system calibration method is put forward. Adjust the gate-time of the display device so that it matches the meter coefficient of the Flowmeter to correct the measurement error. At the same time， the analog output signal of the display instrument is corrected， and the whole system calibration of the Flowmeter， the display instrument and the computer （or other measuring equipment） is realized. Finally， the feasibility of calibration method and the necessity of system calibration of display instrument are verified by experiments.

Key Words： Flow display instrument; System calibration; Instrument coefficient; Gate-time; Analog output

MF1型流量顯示儀（以下簡稱顯示儀）是德國威仕公司（VSE）生產的一種脈沖輸入型流量顯示儀表，與該公司VS型流量傳感器（以下簡稱流量計）配套使用，作為流量測試系統的主體。一般在實際工作中，顯示儀和流量計是分開單獨校準，使用時按量程匹配的原則直接連接進行測量。由于沒考慮到流量計性能變化的影響，這樣的測量結果顯然是不準確的，存在測量誤差。配套使用的流量測試系統應進行配套校準才能保證測量的準確度。但是，配套校準的方法受條件限制，不易實現。那么怎樣才能解決由于顯示儀和流量計分開校準而在實際應用中造成的測量誤差問題，達到配套校準的效果。該文提出一種便于操作、效率高，在實驗室即可完成的系統校準方法。

1? 顯示儀的工作原理

MF1型流量顯示儀原理框圖如圖1所示。顯示儀采集與之配套流量計輸出的兩路相位差90°脈沖信號，將其轉換為4倍脈沖頻率。在閘門信號的取樣時間內脈沖計數器進行計數，將取樣時間內計入的脈沖數轉換成瞬時流量并顯示。顯示儀同時輸出與流量對應的模擬電壓或電流信號和流量方向識別信號。

2? 測量誤差產生原因分析

由顯示儀工作原理知，閘門時間決定流量示值。顯示儀閘門時間根據流量量程及小數位數已在出廠時設置好，并顯示于儀表側面。以40L量程的顯示儀為例，儀表參數見圖2。

圖2除標明閘門時間還包括顯示儀量程、配套流量計量程、流量計輸出頻率范圍，以及模擬輸出信號類型和范圍，這些參數是相互關聯、對應的。將圖2參數應用到流量測試系統中，信號的傳輸與參數對應關系見圖3。

以圖3數據為例，正常情況下，流量測試系統中各參數間滿足圖3的要求。那么流量計、顯示儀、計算機三者之間的流量示值一致。但在實際應用中，流量計因長期使用出現磨損、腐蝕、老化等原因，造成流量計性能變化，儀表系數K（通過流量計的單位體積流量所對應的信號脈沖數，單位：1/L）發生改變。根據流量方程：Q=f/K，流量Q不變，系數K改變，頻率f也必然改變。但是顯示儀是出廠時設置的閘門時間T（0.6s）、流量Q（40L）和頻率f（1666.7Hz）的這種確定對應關系。所以，性能改變后的流量計儀表系數K與顯示儀閘門時間系數T不匹配，出現流量顯示誤差。同時模擬輸出信號偏離標稱值，導致計算機采集的信號產生誤差。

3? 系統校準修正測量誤差

3.1 校準方法

由以上分析可知，顯示儀與流量計示值不一致的原因是顯示儀閘門時間系數和流量計儀表系數不匹配所致。那么將兩者調成匹配，就可解決測量誤差問題。流量計的儀表系數K是根據測得的頻率與對應流量值計算的數據，VS系列流量計無調節功能，只能調節顯示儀閘門時間系數，使兩者系數匹配。根據流量計最近一次校驗數據確定顯示儀閘門時間系數并調整。閘門時間系數出廠時已根據流量量程及小數顯示位數設置好，系統校準時只需根據計算結果進行微調。然后用標準源模擬流量計輸出信號，校正顯示儀模擬輸出電壓或電流信號，即可修正測量誤差，確保流量測量系統的準確性。此方法既實現了配套系統校準，又簡單、便于操作。

3.2 閘門時間的計算方法與調整

由圖1的原理圖可知，顯示儀采集4倍流量計頻率信號，在設定的閘門時間內將計得的脈沖數作為流量顯示。因此流量、頻率和閘門時間之間的關系可用公式（1）表示。

公式（1）是根據流量計校驗數據中某個測量點的流量和頻率值計算的閘門時間。由于流量計存在非線性，每個測量點的儀表系數是不同的，顯示儀無法對每個測量點進行誤差修正。為了兼顧量程內每個測量點，選擇用流量計平均儀表系數作為計算閘門時間的最佳方法。但是平均儀表系數值沒有對應的流量和頻率數據，無法用公式（1）計算閘門時間。

由流量計的流量方程Qz=fz=fz/K，則K=fz=fz/Qz，則公式（1）可變換為：

式中：T為用流量計儀表系數計算的閘門時間，s;

K為流量計儀表系數。

閘門時間的計算結果為a×10-n，因為流量量程和顯示位數的關系，閘門時間計算結果需乘以10n-1才是實際所需的閘門時間系數。但是用VS0，01、VS0，1、VS1、VS10型號的流量計儀表系數計算的閘門時間需乘以10n。使用時有個快速判斷閘門時間的方法，顯示儀銘牌上標有閘門時間的標稱值，使小數點移動后的數值接近閘門時間標稱值即可。

閘門時間由6位撥碼開關組成，每個開關表示的小數位見圖4。閘門時間可以調整的范圍是0.00001～9.99999s。將計算的閘門時間按圖4小數位對齊依次撥碼置數。

3.3 模擬輸出信號校準方法

顯示儀的模擬輸出信號連接計算機或其他測量設備，對流量信號進行采集、進一步處理或控制。計算機是根據模擬輸出信號的標稱值與流量的對應關系進行標定的，所以模擬輸出電壓或電流值必須準確。顯示儀閘門時間調整后，流量與頻率的對應關系改變，模擬輸出電壓或電流也隨之改變，需要重新將其校準為標稱值，否則計算機會出現測量誤差。

流量計的輸出信號為兩路相位差90°的脈沖信號。選擇符合要求的標準源模擬流量計輸出信號。要求脈沖幅值5V左右，頻率范圍：0～2000Hz，頻率準確度優于1×10-5。

以信號發生器模擬流量計輸出脈沖信號，接線方法見圖5。信號發生器的兩路輸出信號分別連接顯示儀的K1和K2輸入端，顯示儀模擬輸出端連接數字多用表進行電壓或電流測量。在顯示儀無信號輸入時，調整圖4中“offset”電位器，使數字多用表測量值為零。然后輸入頻率使顯示儀顯示滿量程流量值，調整圖4中“amplification”電位器，使數字多用表測量值為滿量程流量對應的標稱電壓或電流值。

4? 實驗驗證

在流量計校驗數據中任意選擇一些測量點，用公式（1）或公式（2）計算配套顯示儀閘門時間系數并調整。輸入測量點頻率，顯示儀顯示流量值與測量點流量標準值完全吻合。由此可以判定閘門時間的計算方法是合理、正確的，這種便于操作的系統校準方法是可行的，滿足系統校準的要求。

以某40L流量測量系統為例，顯示儀單獨校準和系統校準后在實際應用中的測量結果見表1。

表1數據表明，顯示儀經過系統校準后，流量示值與流量實際值基本接近，主要是顯示分辨力帶來的誤差。模擬輸出信號經校正后基本接近標稱值10V。經過單獨校準的顯示儀其流量示值與流量實際值偏差較大，達到2%左右的測量誤差。模擬輸出信號同樣偏離標稱值約2%。由此可見，顯示儀系統校準是非常必要的。

5? 結語

流量測試系統的準確度主要取決于流量計的誤差和線性。通過調整顯示儀閘門時間，可以對流量計性能變化產生的測量誤差進行修正，從而提高測量系統的準確度。此系統校準方法是根據MF1型流量顯示儀的結構原理和配套流量計的校驗數據確定的。因流量顯示儀種類很多，其他類型顯示儀具體結構原理、連接線路和功能都有許多不同之處，校準方法也不同。雖不能直接應用此校準方法，但是可參照此方法進行相應調整。

需要注意的是，按照流量計的校驗數據進行系統校準后的顯示儀，必須和該流量計配套使用，不可隨意更換顯示儀或流量計。如果更換顯示儀或流量計，則應該按照該校準方法進行系統校準后才可使用，否則會產生較大的測量誤差。

參考文獻

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