تصميم جهاز اختبار استشعار تدفق النبض

“تكتمل معايرة معامل الجهاز لمستشعر التدفق التقليدي من النوع النبضي بشكل عام بواسطة جهاز قياسي للتدفق الحجمي ، وعداد ، وجهاز ضبط الوقت ، كما هو موضح في الشكل 1. يُعرّف معامل المتر الخاص به على أنه عدد النبضات التي يرسلها المستشعر عندما يمر حجم السائل لكل وحدة حجم عبر مستشعر التدفق ، وتكون الوحدة عادةً 1 / لتر (نبضات لكل لتر) أو 1 / م 3 (نبضات لكل متر مكعب) .

“

وفقًا للوائح ، من أجل ضمان صلاحية معامل مقياس التدفق ، يجب التأكد عمومًا من أن القيمة المطلقة للخطأ النسبي لعدد النبضات الناتجة بواسطة مقياس التدفق في التحقق لا تزيد عن 1 / 3 من تكرار مقياس الجريان قيد الاختبار. نظرًا لأن خطأ العد للعداد العام هو ± 1 نبضة ، في الفاصل الزمني للتحقق (الوقت t بين نبضتي التحكم في الشكل 1) ، يجب أن يجمع العداد عددًا كافيًا من النبضات N لتحقيق دقة التحقق المطلوبة.

بالنسبة لبعض مستشعرات التدفق ذات القطر الكبير ، يكون معامل العداد صغيرًا بشكل عام (مثل 200 مقياس تدفق التوربينات ، يكون معامل العداد 1.5 لترًا فقط ؛ قطر مقياس التدفق الدوامي ، معامل المقياس أقل ، فقط حوالي 0.2 / لتر- 1). لمقياس التدفق هذا ، لجمع عدد كافٍ من النبضات ، سيستغرق التحقق وقتًا طويلاً ، وثانيًا ، يجب أن تكون هناك حاجة إلى جهاز تحقق أكبر (حاوية قياسية أكبر). بسبب القيود المختلفة ، لا يمكن لنبضات العد دائمًا تلبية المتطلبات. تعد تقنية العد المزدوج الوقت إحدى تقنيات الاستيفاء النبضي الشائعة نسبيًا في العالم في الوقت الحاضر ، ويمكنها استخدام حجم صغير من معدات التحقق في وقت تحقق قصير ، كما يمكنها ضمان الدقة التقنية الكافية عندما يكون العدد الإجمالي للنبضات صغيرًا. تم تطبيق تقنية الاستيفاء النبضي مسبقًا على الجهاز القياسي للتدفق لأنبوب الحجم الصغير.

إن “معاير مستشعر تدفق النبض” الذي طورناه هو معاير مزدوج الوقت يتكون من عداد تقليدي وتقنية قياس وتحكم بزمن مزدوج. يوضح الاختبار أن جهاز المعايرة مناسب وموثوق للاستخدام ، ويمكنه تقصير وقت الاختبار ، واستخدام حاوية قياسية أصغر لاختبار مستشعر تدفق قطر أكبر ، ولديه دقة فنية أعلى من طريقة الاختبار التقليدية.

1. مبدأ عداد الوقت المزدوج

تعد تقنية الاستيفاء النبضي طريقة فعالة لجهاز معايرة المكبس لزيادة دقة إشارة الخرج لمقياس التدفق ، وبالتالي تقليل حجم جهاز المعايرة. عادة ، من أجل الحصول على نبضات كافية عند معايرة مقياس التدفق ، يمكن اتباع طريقتين. أحدهما هو تحسين دقة إشارة الخرج لمقياس التدفق ، وذلك للحصول على أكبر عدد ممكن من النبضات خلال وقت المعايرة المحدود ؛ والآخر هو زيادة المعايرة الحجم الفعال الذي تم قياسه للجهاز. بشكل عام ، يكون عدد النبضات الناتجة عن وحدة حجم السائل من خلال مقياس التدفق محدودًا (مثل مقياس الجريان التوربيني ومقياس التدفق الدوامي المذكورين أعلاه) ، ولا يمكن جعل حجم القياس الفعال لجهاز المعايرة كبيرًا جدًا. تعمل تقنية الاستيفاء النبضي على حل هذه المشكلة بشكل جيد ، ولديها عدة طرق مثل طريقة الوقتين ، وطريقة أربع مرات وطريقة حلقة الحلقة المغلقة. إن جعل جهاز معايرة المكبس يجمع 500 نبضة مع “حجم صغير” (حجم فعال للجهاز) يمكن أن يحقق نفس الدقة مثل 10000 نبضة تم جمعها بواسطة جهاز معايرة كبير الحجم.

الشكل 1 مخطط معايرة معامل المتر

يظهر مبدأ طريقة الوقت المزدوج في الشكل 2 أ.في حالة أن فترة إشارة نبضة التدفق مستقرة ، يكون رقم الاستيفاء النبضي

في حالة توافق ثبات جهاز معيار التدفق مع اللوائح القياسية ، يمكن اعتبار فترة إشارة نبضة التدفق مستقرة ، لذلك يجب أن يكون رقم الاستيفاء النبضي الذي تم الحصول عليه بواسطة الصيغة (1) صالحًا.

بالإضافة إلى طريقة الوقتين ، يمكن أيضًا استخدام طريقة الأربع مرات لتحديد عدد الاستيفاءات النبضية.تقيس الطريقة ذات الأربع مرات أربع مرات t1-t4 ، كما هو موضح في الشكل 2 ب ، ورقم الاستيفاء النبضي هو

في هذا البحث ، تم استخدام طريقة الوقت المزدوج كمثال لتصميم جهاز معايرة مستشعر التدفق من النوع النبضي.

2. تصميم أجهزة المعاير

يظهر الرسم التخطيطي لمبدأ الأجهزة لمعاير مستشعر التدفق من النوع النبضي في الشكل 3.

الشكل 3 الشكل 3 الرسم التخطيطي للأجهزة لمعاير التدفق المزدوج الوقت

لا يستخدم جهاز المعايرة معالجًا دقيقًا ويتمتع بموثوقية عمل جيدة. يمكن أن تستخدم إشارة التحكم مفتاح الرمي المزدوج أحادي القطب K1 لتحديد إشارة نبضة ضيقة جدًا أو إشارة مستوى. عند استخدام التحكم في إشارة المستوى ، يمكن استخدام المفتاح K2 لتحديد مستوى التحكم العالي أو التحكم في المستوى المنخفض.

عندما تكون إشارة التحكم إشارة نبضية (إشارة التحكم الأولى في الشكل 3) ، يختار المفتاح K1 التحكم في النبض ، ويتم تعيين الطرف Q للحالة الأولية flip-flop TR1 لإخراج مستوى منخفض L (لا يهم إذا كان الناتج مرتفع المستوى H) ، فإن الجهاز ينتج مستوى مرتفع H ويعيد التغذية إلى المحطة D. يحدد المفتاح K2 مستوى التحكم العالي أو التحكم في المستوى المنخفض.

عندما تكون إشارة التحكم إشارة نبضية (إشارة التحكم الأولى في الشكل 3) ، يختار المفتاح K1 التحكم في النبض ، ويتم تعيين الطرف Q للحالة الأولية flip-flop TR1 لإخراج مستوى منخفض L (لا يهم إذا كان الناتج مرتفع المستوى H) ، فإن الجهاز ينتج مستوى مرتفع H ويعيد التغذية إلى المحطة D. يختار المحول K2 التحكم عالي المستوى (إذا كان خرج Q من flip-flop TR1 في الحالة الأولية هو H عالي المستوى ، يمكن لـ K2 تحديد مستوى تحكم منخفض) ، أطراف الإدخال لبوابات NAND B و C و D طرف flip-flop TR2 كلاهما منخفض المستوى ، وبالتالي ، فإن البوابتين B و C مغلقان ، كما يجب أن يكون الناتج النهائي Q لمحرك TR2 منخفض المستوى تحت تأثير إشارة نبضة التدفق ، وبوابة E مغلقة. تم إيقاف كل من العدادات والموقتات T1 و T2. باستخدام زر إعادة الضبط ، يمكن إرجاع العدادات والمؤقتات إلى حالة الصفر الأولية ، وعرض جميع الأصفار.

عندما تصل نبضة إشارة التحكم “بدء العد” (نبضة التحكم الأولى) ، نظرًا لأن المحطة D في TR1 عند مستوى مرتفع H ، فإن نبضة التحكم تطلق TR1 لجعل خرجها الطرفي Q عند مستوى مرتفع H ، ثم يتم تشغيلها على الفور تتسبب بوابات NOT B و C في بدء العداد والمؤقت T1 في العد والتوقيت. في هذا الوقت ، لم يتم فتح بوابة NAND E بعد ، ولكن المحطة D في flip-flop TR2 هي بالفعل عند مستوى مرتفع ، والحافة الصاعدة الأولى لإشارة التدفق بعد الحافة الأمامية لإشارة التحكم تطلق TR2 ، بحيث تنتج المحطة Q مستوى عالٍ وتقوم بتشغيل NAND. يبدأ أيضًا توقيت البوابة E ، المؤقت T2.

عندما تصل نبضة إشارة التحكم “توقف العد” (نبضة التحكم الثانية) ، يتم تشغيل TR1 مرة أخرى لجعل خرج Q الطرفي منخفض المستوى L ، وبالتالي إغلاق بوابات NAND B و C على الفور ، بحيث يتوقف العداد والمؤقت T1 العد والتوقيت. ومع ذلك ، لا يتم إغلاق بوابة NAND E على الفور ، ويمكن للحافة الصاعدة الأولى لإشارة التدفق بعد إشارة التحكم في نبضة “إيقاف العد” أن تؤدي إلى إطلاق TR2 وإخراج مستوى منخفض L ، وإغلاق بوابة NAND E وجعل الموقت توقيت التوقف T2. استبدل البيانات التي تم الحصول عليها من المؤقتات T1 و T2 في الصيغة (1) للحصول على رقم إقحام نبضي أكثر دقة.

عندما تكون إشارة التحكم إشارة مستوى (إشارات التحكم الثانية والثالثة في الشكل 3) ، يحدد المفتاح K1 التحكم في المستوى ، وهو ما يعادل التحكم المباشر في بوابات NAND B و C و flip-flop TR2 عبر flip-flop TR1 المحطة D. يشير مفتاح التحديد K2 إلى مستوى تحكم عالٍ أو تحكم منخفض المستوى على التوالي للعمل عالي المستوى أو المستوى المنخفض. ما تبقى من الإجراء هو بالضبط نفس التحكم في النبض.

3. المؤشرات والنتائج

3.1 مؤشرات المعاير

بالإضافة إلى ما سبق باعتباره عدادًا ومؤقتًا يمكن التحكم فيهما ، فإن للمعاير أيضًا وظيفة قياس التردد وفترة الإشارة. عند عدم استخدامه لمعايرة مقاييس التدفق ، يمكن استخدامه بمفرده كأداة لقياس تردد الإشارة أو الفترة الزمنية.
المؤشرات المحددة هي كما يلي:

① مؤقت ، شاشة LED مكونة من 6 أرقام ، الدقة 1 مللي ثانية ؛

② الموقت (بما في ذلك التردد والفترة) ، شاشة LED 8 بت ، أعلى دقة هي تردد 1 هرتز ، وفترة 0.1 ، و ± 1 عدد النبضات ؛

نطاق القياس: التردد 10 هرتز 100 ميجا هرتز ، الفترة 0.5 × 10 ثوانٍ ، سعة العد 99999999 ، المؤقت 1 مللي ثانية ～ 999.999 ثانية ؛

④ T1 و T2 تبديل الشاشة يدويًا.

3.2 نتائج الاختبار

① استخدم المعالجات الدقيقة من سلسلة 51 لإخراج إشارة الموجة المربعة الدورية كتكرار معايرة قياسي وقياس الفترة.

② تحقق مع مولد إشارة تردد قياسي ، والنتائج مدرجة في الجدول 2.

الجدول 2 نتيجة المعايرة باستخدام مولد إشارة التردد القياسي

③ يتم استخدام جهاز المعايرة لمعايرة معاملات العداد لمقاييس تدفق التوربينات ، وقد تم الحصول على نتائج جيدة.