zlj-1型鐘罩流量計檢定儀的研制

zlj-1型鐘罩流量計檢定儀的研制

風(fēng)速和風(fēng)速是礦山安全的重要參數(shù)之一。風(fēng)流不但能夠給礦井提供足夠的新鮮空氣,創(chuàng)造必要的工作條件,保證井下工人呼吸需要的氧氣,而且能夠沖淡甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)等各種有害氣體,排除礦塵,降低井下溫度,保證煤礦的安全生產(chǎn)。因此準確測量井下風(fēng)速、風(fēng)量的變化情況,對礦井的安全生產(chǎn)具有一定的重要性。目前測定的礦井風(fēng)量的儀表,普遍采用的是流量計。各種流量計在購置時都附有真實流量(1/min)和流量計流量(格/min)關(guān)系的性能檢定曲線,但在使用過程中,由于流量計運動部件的摩擦與磨損、礦塵的堵塞與潮濕空氣的影響,以及工作中因不慎發(fā)生的碰撞、震動,都會使流量計的流量與真實流量之間的對應(yīng)關(guān)系發(fā)生變化,這就需要對流量計進行整修和重新檢定。通常每臺流量計使用半年后就必須進行重新檢定。流量計的重新檢定通常采用鐘罩式氣體計量器進行。大同礦務(wù)局通風(fēng)處即使用圖1所示的流量計檢定系統(tǒng)。但由于該檢定器采用了U型壓力計和水銀溫度計人工測量器內(nèi)壓力和溫度、計前壓力和溫度。眼睛觀看壓力和溫度的示值格數(shù),這項工作靠手工測量和人工計算,工作量大而且難以保證準確,為此筆者研制ZLJ-1型鐘罩流量計檢定儀。這也是繼文獻介紹的FBY-1型風(fēng)洞風(fēng)表檢定儀之后的補充研究。1主要功能和參數(shù)1.1氣體計量器內(nèi)和被檢流量計有限流量pa和自動測量數(shù)據(jù)能用光電管裝置自動測量出鐘罩式氣體計量器中排出的氣體體積(l)和排出時間(min)。能自動測量出鐘罩式氣體計量器內(nèi)和被檢流量計前面的氣體絕對壓力(Pa),以替代U型壓力計,及自動測量出鐘罩式氣體計量器內(nèi)和被檢流量計前面的氣體絕對溫度(K),以替代水銀溫度計,能輸入環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù),能依據(jù)測試結(jié)果和輸入的參數(shù)計算出流量計在刻度狀態(tài)下的實際流量(1/min)和示值誤差,以替代人工繁瑣的計算,并能將計算結(jié)果打印出來。1.2溫度條件。據(jù)專業(yè),在建構(gòu)過程中,把生(1)動態(tài)測量精度5‰;(2)靜態(tài)測量精度3‰;(3)測量范圍:0～99991/min;(4)儀表輸出口:串口;(5)電源:220V±10%;50Hz;(6)環(huán)境條件:溫度-20℃～40℃;濕度95%以下;粉塵濃度在30±5mg/ma;(7)顯示方式:數(shù)碼顯示;(8)TPμP-40P并行面板式智能微型打印機輸出。2測量流量計ZLJ-1鐘罩流量計檢定儀是用于測量鐘罩式氣體計量器器內(nèi)絕對壓力及其單位時間內(nèi)排出氣體的體積,和測量被檢流量計計前絕對壓力兩種功能于一體的新型測量儀表,它通過安裝在儀表內(nèi)的兩個絕壓傳感器,替代U型壓力計,經(jīng)過氣體壓力傳感器轉(zhuǎn)換成電信號,經(jīng)過8031單片機系統(tǒng)處理,即可實時檢測并記錄到器內(nèi)和計前絕壓;亦可通過安裝于鐘罩式氣體計量器上的光電管裝置,檢測出計量器單位時間內(nèi)排出氣體的體積;在測量器內(nèi)、計前絕對壓力的同時,可利用恒流源信號轉(zhuǎn)換出器內(nèi)、計前的絕對溫度來。再通過鍵盤輸入大氣壓力、室溫、每毫米排出氣體體積、計量時間的刻度間距、流量計上限刻度流量等參數(shù),從而可計算出它的實際流量等。圖2給出ZLJ-1型鐘罩流量計檢定儀系統(tǒng)模型圖?，F(xiàn)分述如下:2.1槽型光柵傳感器檢測裝置由光敏三度極管3DU4等元件組成的單位時間排出氣體體積的光電管檢測裝置,是利用了槽型光敏三極管3DU4來檢測鐘罩式氣體計量器上的排泄指針的位置。放大器OP07等元件組成的消除環(huán)境光干擾電路和放大電路,以及斯密特74LS14后處理電路使得檢測系統(tǒng)更加可靠準確。2.2實時氣體絕對溫度檢測通過安裝在儀表內(nèi)的兩個絕壓傳感器,既可替代U型壓力計,又可替代水銀溫度計,經(jīng)過氣體壓力傳感器的壓力信號和恒源溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號,經(jīng)過8031單片機系統(tǒng)處理,即可實時檢測并記錄到器內(nèi)和計前絕對壓力和絕對溫度。由軟管、氣體絕壓傳感器(CYX5K型,量程0KPa～5KPa)、高阻抗輸入差分放大器(ZF430恒流源、LM324和OP07等元件組成)、A/D轉(zhuǎn)換(ADC0809)、8031單片機等組成了上述檢測系統(tǒng)。測到了這些參數(shù)后,加上輸入檢測時的環(huán)境參數(shù),如大氣壓力、溫度、空氣密度、訂正系數(shù)、每毫米排出氣體體積、計量時間的刻度間距、流量計上限刻度流量等,就可以計算出相應(yīng)的實際流量值及示值誤差等。2.38計檢定儀樣機照片系統(tǒng)對8031系統(tǒng)筆者亦選用了武漢尚吉電子研究所生產(chǎn)的SCB-I型分體式單片單板機直接使用。圖3給出了ZLJ-1型鐘罩流量計檢定儀樣機照片。該系統(tǒng)具有以下特點:①采用8031單片機,硬件系統(tǒng)大為簡化,從而使系統(tǒng)工作可靠,又可節(jié)省投資。②系統(tǒng)安裝的光電管開關(guān)讀數(shù)裝置,使得時間的計量不用再卡秒表,而用單片機內(nèi)的時鐘自動進行,從而提高了測量的精度。③采用先進的抗干擾軟件技術(shù),可在干擾較強的環(huán)境下正常工作。④由于采用了壓力和溫度的自動檢測裝置,顯著減少了因為人工測量所造成的各種隨機誤差。3軟件方案的設(shè)計3.1流量計測量方法我們設(shè)計軟件時,常以下述的思路來代替程序框圖,下面是該檢定儀8031系統(tǒng)測量計算子程序的思路(僅以測量第一點為例):①在U狀態(tài)下,按鍵,顯示U11,開計數(shù)器中斷。②中斷時即計時刻?T1,再次中斷時計時刻?T2,之后關(guān)中斷。③若T1為零時,等光電管第一次中斷,即轉(zhuǎn)③。④讀鐘罩氣體計量器內(nèi)和被檢流量計前面的氣體絕對壓力Ps,Pm.⑤讀鐘罩氣體計量器內(nèi)和被檢流量計前面的氣體絕對溫度Ts,Tm.⑥若T2為零時,等光電管第二次中斷,即轉(zhuǎn)⑥。⑦計算開中斷時間τ=T2-T1,單位:十毫秒。并計算排出的氣體體積V=K·h0,K為鐘罩流量計每毫米排出氣體體積(升),h0為計量時間的刻度間距(mm)。程序開始已設(shè)置,還可以按[輸入]鍵修改。⑧計算并顯示流量計在刻度狀態(tài)下的實際流量Q(1/min):Q=322.8*V/τ*Ps/Ts*sqr(Tm/Pm)⑨按任意鍵則顯示y,請輸入在此次測定時的,流量計在刻度流量Q1(升/分),之后計算流量計示值誤差Δ=(Q-Q1)/Qmax*100%.Q1為流量計在刻度流量、Qmax為流量計的上限刻度流量。系統(tǒng)主程序和文獻類似,其它子程序從略。3.2漢字提示的輸出在單片機系統(tǒng)中通常采用微型打印機打印少量的測試結(jié)果,筆者常采用漢字提示使之輸出更清楚明了。下面是筆者使用多年BASIC實用程序清單,只要把本程序的數(shù)據(jù)語句修