摘要  利用雙時間法設(shè)計了用于檢定脈沖型流量傳感器儀表系數(shù)的檢定儀?？捎幂^小的標(biāo)準(zhǔn)容器校驗(yàn)較大口徑的流量傳感器。試驗(yàn)表明，該檢定儀使用方便、工作可靠、計數(shù)精度高，并可縮短檢定時間。

關(guān)鍵詞    雙時間法檢定儀   脈沖型流量傳感器    儀表系數(shù)

0  引言

   傳統(tǒng)的脈沖型流量傳感器儀表系數(shù)的檢定一般由容積式流量標(biāo)準(zhǔn)裝置和計數(shù)器、計時器完成，如圖1所示。其儀表系數(shù)定義為單位體積的流體量通過流量傳感器時傳感器所發(fā)出的脈沖數(shù)，單位通常為1/L（脈沖數(shù)每升）或1/m³（脈沖數(shù)每立方米）。根據(jù)文獻(xiàn)[1]的規(guī)定，為了保證流量計儀表系數(shù)的有效性，一般應(yīng)保證一次檢定中流量計輸出的脈沖數(shù)的相對誤差絕對值不大于被檢流量計重復(fù)性的1/3。由于一般計數(shù)器的計數(shù)誤差為±1個脈沖，所以在檢定時間間隔（圖1中兩控制脈沖間的時間t）內(nèi)，計數(shù)器應(yīng)收集足夠多的脈沖數(shù)N才能達(dá)到要求的檢定精度。

對于一些大口徑流量傳感器，由于其儀表系數(shù)一般較?。ㄈ?00的渦輪流量計，其儀表系數(shù)僅為1.5L－1； 口徑的渦街流量計，其儀表系數(shù)更低，僅為約0.2/L－1）。對于這樣的流量計，要收集足夠多的脈沖數(shù)，一要花很長的檢定時間，二要有較大的檢定設(shè)備（較大的標(biāo)準(zhǔn)容器）。由于種種限制，總使計數(shù)脈沖達(dá)不到要求。雙時間法計數(shù)技術(shù)是目前國際上較為通用的脈沖插值技術(shù)，可以在較短的檢定時間內(nèi)，用較小體積的檢定設(shè)備，在計數(shù)總脈沖數(shù)較小時仍能保證足夠的技術(shù)精度的一種脈沖插值技術(shù)，較早應(yīng)用于微型體積管流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。

我們研制的“脈沖型流量傳感器檢定儀”是用傳統(tǒng)的計數(shù)器加上雙時間法測量控制技術(shù)組成的雙時間法檢定儀。試驗(yàn)表明，該檢定儀使用方便可靠，可以縮短檢定時間，用較小的標(biāo)準(zhǔn)容器檢定較大口徑的流量傳感器，并且比常規(guī)檢定方法具有更高的技術(shù)精度。

1 雙時間法計數(shù)器原理

   脈沖內(nèi)插技術(shù)是活塞校驗(yàn)裝置增加流量計的輸出信號分辨率，從而減小校驗(yàn)裝置體積的一個有效途徑。通常，校驗(yàn)流量計時為了得到足夠的脈沖數(shù)，可以采取兩個途徑，一是提高流量計的輸出信號分辨率，使有限的校驗(yàn)時間內(nèi)得到盡可能多的脈沖數(shù)；二是增加校驗(yàn)裝置的計量有效容積。一般，單位體積流體通過流量計所輸出的脈沖數(shù)是有限的（如上述的渦輪流量計和渦街流量計），校驗(yàn)裝置的計量有效容積也不可能做得很大。脈沖內(nèi)插技術(shù)很好地解決了這個問題，它有雙時間法、四時間法和鎖相環(huán)回路法等幾種方法可供使用。使活塞校驗(yàn)裝置用一個“小容積”（裝置有效容積）采集500個脈沖就能達(dá)到大容積校驗(yàn)裝置采集10000個脈沖相同的精確度。

                  圖1  儀表系數(shù)標(biāo)定圖

 雙時間法的原理如圖2a所示。在流量脈沖信號周期穩(wěn)定的條件下，脈沖內(nèi)插數(shù)為

                                             （1）

式中：N為計數(shù)器記錄下的流量傳感器信號脈沖數(shù)；N1為經(jīng)雙時間法或四時間法內(nèi)插后的脈沖數(shù)； 為從檢測開始信號到檢測停止信號的時間間隔； 為從檢測開始信號后第一個脈沖上升沿到檢測停止信號后第一個脈沖上升沿之間整脈沖周期時間間隔。

                          圖2    雙時間法

N₁=N＋                  （2）

當(dāng)控制信號為脈沖信號時（圖3中第一種控制信號），開關(guān)K1選擇脈沖控制，設(shè)初始態(tài)觸發(fā)器TR1的Q端輸出為低電平L（假設(shè)輸出高電平H也沒有關(guān)系）， 端輸出高電平H反饋到D端。開關(guān)K2選擇高電平控制或低電平控制。

當(dāng)控制信號為脈沖信號時（圖3中第一種控制信號），開關(guān)K1選擇脈沖控制，設(shè)初始態(tài)觸發(fā)器TR₁的Q端輸出為低電平L（假設(shè)輸出高電平H也沒有關(guān)系）， 端輸出高電平H反饋到D端。開關(guān)K₂選擇高電平控制（如果初始態(tài)觸發(fā)器TR₁的Q端輸出為高電平H時，K₂可選擇低電平控制），與非門B、C的輸入端及觸發(fā)器TR₂的D端均為低電平，所以，B、C門關(guān)閉，觸發(fā)器TR₂的Q端輸出在流量脈沖信號的作用下也必定為低電平，E門關(guān)閉。計數(shù)器和計時器T₁與T₂都在停止?fàn)顟B(tài)。用清零按鈕可以使計數(shù)器和計時器回復(fù)到初始零態(tài)，顯示全零。

②計時器（包括頻率和周期），8位LED顯示，最高分辨率為頻率為1Hz，周期為0.1 ，計數(shù)為±1個脈沖；

③測量范圍：頻率為10Hz～100MHz，周期為0.5 ～10s，計數(shù)容量為99 999 999，計時器為1ms～999.999s；

標(biāo)準(zhǔn)/	周期/	頻率/kHz
8	8.0001	124.998
10	10.0001	99.999
20	20.0000	50.000
40	40.0006	24.999
100	100.0016	9.999
200	200.0030	5.000
400	400.0062	2.500
500	500.0078	2.000