基于LabVIEW的焓差试验室流量计现场自动校准系统.pdf

基于 LabVIEW 的焓差试验室流量计现场自动校准系统 中国计量科学研究院 郭凯晨*海信（山东）空调有限公司 王崇兴 中国计量科学研究院 张海云 韩鹏程 格力电器（石家庄）有限公司 董 森 中国计量科学研究院 杭晨哲 摘 要 设计并介绍了一种电磁流量计现场自动校准系统。详细介绍了基于 LabVIEW 软件的使用质量流量计校准电磁流量计的具体实施方式，实现了自动采集校准数据、计算示值误差、生成原始记录等功能。系统即降低了人为因素引入误差的可能性，又提高了校准的工作效率。关键词 LabVIEW；电磁流量计；现场自动校准系统；原始记录 Field Automatic Calibration System of Flow Meter in Enthalpy Difference Laboratory Based on LabVIEW Guo Kaichen,Wang Chongxing,Zhang Haiyun,Han Pengcheng,Dong Sen and Hang Chenzhe Abstract A field automatic calibration system for electromagnetic flowmeter is designed and introduced in this paper.This paper introduces in detail the implementation method of using mass flowmeter to calibrate electromagnetic flowmeter based on LabVIEW software,and realizes the functions of automatically collecting calibration data,calculating error of indicated value and generating original records.The system not only reduces the possibility of error introduced by human factors,but also improves the efficiency of calibration.Keywords LabVIEW;Electromagnetic flowmeter;Field automatic calibration system;Original record 0 引言 电磁流量计在空调器空气焓值法能效测量装置（焓差试验室）中使用较多，对其测量准确度要求较高，电磁流量计若拆下送检，送检周期较长，影响试验室测试进度，且实验室校准之后现场使用也可能出现计量不准的情况，试验室很多电磁流量计使用者希望能提供现场检测1。空调器空气焓值法能效测量装置校准规范中规定当能效测量装置预留在线校准端口时，可对流量计进行在线校准2。目前焓差试验室流量计现场校准多采用标准表法手动测量，测量时间较长，人为读数误差较大，对校准中示值误差有一定影响。LabVIEW 软件是美国国家仪器（NI）公司开发的虚拟仪器平台，界面友好、操作直观简便3，它继承了传统程序语言结构化、层次化、模块化的编程特点，同时提供了大量的函数供用户直接调用，广泛应用于测控过程、仪器和科学分析等4。为提高校准准确度和工作效率，本文提出建立一 种以LabVIEW软件为开发平台的电磁流量计现场自动校准系统。1 主体结构 自动校准系统由主控计算机、RS485 转 USB 线、UT 表、科里奥利质量流量计组成。主控计算机在本系统中作为软件载体和提供USB接口的功能，RS485转 USB 线将 UT 表和质量流量计同计算机连接，被测电磁流量计与 UT 表连接。1.1 硬件组成 自动校准系统 UT 表与被测电磁流量计连接，将电磁流量计由（420）mA 信号转换为串口信号，计算机通过 RS485 转 USB 线采集质量流量计和 UT 表数据，形成一套整体校准系统，如图 1 所示。PC机USB质量流量计UT表电磁流量计RS485转USB 图 1 系统结构示意图 2023 年 9 月 洁净与空调技术CC&AC 第 3 期*郭凯晨，男，1994 年 12 月生，大学本科，助理工程师 100029 北京市朝阳区北三环东路 18 号中国计量科学研究院 15612242758 E-mail: 收稿日期：2022-03-25 准波需有影结管差流量差大许值1控面录等各产以图 22包第 标准表法准表常见的有波流量计时，需要做好测量有管道所采用影响结果因素结果的置信度管道，往往内差比较大，这时流量计的计量本系统标量流量计，一差为 0.1%（k大允许误差为许误差均符合值法能效测量.2 软件组成系统软件控制、流量图面可以选择被录标准流量计等。流量图表界各参量曲线图产厂、型号、以测量校准点图 2 所示。2 系统功能.1 系统软件基于 Lab包括根据被校第3期 法是常用的电有超声波流量要保证换能量管道的信息用的材质、壁素较多5。超声度往往令人担部结垢比较时我们就无法量准确度存在标准流量计采一台测量范围k=2），一台测为 0.1%（k=2合校准规范 JJ量装置校准规成 件基于 LabVI图表、原始记录被测流量计校计和被校流量界面可以显示图。原始记录生产编号、测点数据，并生图 2 流量计能实现 件实施 bVIEW 编写校流量计的实 电磁流量计在量计和质量流能器之间安装息采集，管道的壁的厚度、内声波流量计虽担忧，特别是使严重，其校准法确认是测量在问题6。采用两台不同围为（08）t/测量范围为2）。两台质量JF1858-2020规范的要求IEW 编写，主录三个选项卡校准量程，选择量计流量数据示标准流量计界面可填写被测量范围等基成原始记录 计现场校准系统 的自动校准系实际使用范围 在线校准方法流量计。使用超装距离的合理的主要测量内径外径数据虽便携，但校使用时间较长准结果出现的量方法问题还同量程艾默生/h，最大允许（040）t/h，量流量计最大0 空调器空气求。主界面包含采卡。采集控制择设备端口，据，计算示值误计和被校流量被校器名称、基本信息，提。软件前面板统 系统，主要功围选择不同的 洁净，标超声性，内容等，校准长的的偏还是生质许误最大允气焓采集制界，记误差量计、生提取板如功能量 程，取读流量3 所 2.2于工了解MoIns单元 2.2围地址Ma过艾量等入起应中条件于测范部分净与空调技术，采集并记录读数时间并计量计数据曲线所示。开始下一个流量点校准2 功能实现Modbus 通工业现场的总解相关参数的odbus 通讯协stance VI”新元 ID 为 1，2.1 量程选择分别设置两的流量计地址址设置为 12aster”属性为艾默生质量流等数据位置，起始地址和保的数据，将数。采用下拉列件结构默认测量（340）围的流量计，分如图 4 所示术CC&AC 录标准流量计计算示值误差线图，生成原开始设置校准流量点校准流量点是否稳定开始该流量点校准配置通讯端口选择校准量程是校准完成，输出原始记录结束 图 3 流量计通讯协议由 M总线协议7，的寄存器地址协议与硬件连建串口主设备波特率为 96择部分 两台质量流量址设置为 7，2，通过“属为“Unit ID”流量计说明书，在“Read H保持寄存器数数值转化为数列表类的属性0 值为（04）t/h 范围，条，用于测量示。计和被校流量差，显示标准原始记录等。口程流量稳定检查校系统否输是计校准流程图 Modicon 发明通过 Modbu址即可读取数连接，通过“备，设置串口600、奇偶校量计的地址，（040）t/h属性节点”设”，写入相对书查得质量流Holding Regi数量，读取保数组后记录于性“编辑项”控40）t/h 范围条件结构 1 值（03）t/h 范 量计的数据，选流量计和被校其流程图如量点定校准统否 明，是一个常用us 方法，只需数据。软件采用“Create Mast口类型为 RTU校验为 None。（08）t/h 范范围的流量计设置“Modb应的地址。通流量及体积流isters VI”中写持寄存器中相于 TDMS 文件控制条件结构的流量计，用值为（08）t范围。量程选择 .8选校图用需用ter U、范计us 通流写相件构，用t/h择81.图 4 量程选择部分 图 5 被测流量计读数部分 图 6 平均值计算部分 图 7 生成原始记录部分.82.洁净与空调技术CC&AC 第3期 2.2.2 被测流量计读数部分 被测流量计数据通过串口传输到 UT55A，设置UT55A 地址为 3，通过“属性节点”设置“Modbus Master”属性为“Unit ID”，写入相对应的地址。查看 UT55A 通讯协议说明书得到数据位置及数据位数，通过“Read Holding Registers VI”读取保持寄存器中的数据，截取相应数据记录于 TDMS 文件中，软件如图 5 所示。2.2.3 平均值计算部分 通过“TDMS 读取（函数）”读取记录于 TDMS文件中的被测流量和标准流量数据。TDMS 文件每2S 写入一个数据，由此设计开始取数时间和取数时长，利用“数组子集（函数）”索引所选时间段的数据，计算选取时间内测量数据的平均值，由被测流量和标准流量数据的平均值计算示值误差，并将结果保存在 Excel 文件中，软件如图 6 所示。2.2.4 生成原始记录部分 通过“创建报表 VI”创建 EXCEL 格式的报表8，设置 EXCEL 表格的名称及所在位置，选择窗口状态为“normal”，报表类型为“EXCEL”。通过“Excel Easy Text VI”将被校器名称、型号、生产厂、生产编号、测量范围等写入 EXCEL 表格中，设置各参量在EXCEL 表中的位置。利用“读取带分隔符电子表格 VI”提取存于 EXCEL 表格中的历次数据，调整格式汇总成字符串格式的二维数组，并创建属性节点，设置“值”、“列首字符串”、“行首字符串”。通过“Excel Easy Table VI”将二维数字的属性节点中的校准数据写入EXCEL表格中，设置其在EXCEL表中的位置。使用“Excel Set Cell Font VI”、“Excel Set Cell Alignment VI”、“Excel Set Cell Color and Border VI”、“Excel Set Cell Dimension VI”设置 EXCEL 中字体大小、段落格式、表格颜色、表格长宽等参数。生成原始记录部分软件如图 7 所示。3 结语 该自动校准系统能根据被校电磁流量计量程选择相对应的量程范围，自动采集标准质量流量计和被校电磁流量计各校准点流量数据，计算被校流量计平均值、标准流量计平均值和示值误差，生成和保存原始记录。整个过程，动态读取被校电磁流量计和标准质量流量计流量示值，不需要人为地记录测量示值和测量时间等数据，既降低了人为因素引入误差的可能性，又提高了校准的工作效率。参考文献 1 张东飞,耿存杰,李长武.JJF（苏）228-2019电磁流量计在 线校准规范解读J.中国计量,2019(12).DOI:10.16569/11-3720/t.2019.12.051 2 张海云,茅晓晨,张杰梁.JJF1858-2020 空调器空气焓值法 能效测量装置校准规范S 3 陈树学,刘萱.LabVIEW 宝典M.北京：电子工业出版社,2018 4 刘莹,解启瞻.基于 LabVIEW 的 word 校准报告自动生成研 究J.中国科技信息,2018(09)5 林有干.管道式电磁流量计在线校准要求的探讨J.计量与 测试技术,2019,46(02).DOI:10.15988/ki.1004-6941.2019.2.018 6 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