一种超声波热量表信号转换器的校验装置的制造方法

文档序号:9920906阅读:594来源:国知局
一种超声波热量表信号转换器的校验装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种超声波热量表信号转换器的校验装置,适用于对基于时差法流量 测量与热电阻温度测量的超声波热量表信号转换器进行性能校验和测试。
【背景技术】
[0002] 超声波热量表是测量水流经热交换系统所释放或吸收热能量的仪表。它通过超声 波时差法原理测量水流流速,通过热电阻测量进出口的温度。根据所测得的流速和已知的 管道横截面面积来确定流体的体积流量,然后根据进出口温度差,并经过密度和热焓值的 补偿及积分计算,得到热量值。超声波热量表由热量测量部件和信号转换器两部分组成。热 量测量部件包括超声波换能器、温度传感器和测量管道,实现了流量和温度测量功能。信号 转换器包括了信号转换模块、微处理器、显示模块和信号输出模块等,实现了流量和温度计 量和热量积算功能。
[0003] 超声波热量表作为计量结算仪表,在生产制造完成后必须按照国家的相关检定规 程仪表整机性能进行检定。出厂检定时,待检定的超声波热量表被安装在实流检定装置上, 在不同流速和出入口温度下使带一定的热量的流体流过该热量表来检定热量表的准确度。 目前公知的超声波热量表实流检定方法一般采用容积法,需要采用标准容器、监测流速的 标准流量计、调节流速的阀门、水栗、管道、换向装置和加热装置等设备构建实流检定平台。 其中,超声波热量表的流量校验环节与超声波水表的流量检定环节具有相同的检定功能, 可进行替代。
[0004] 中国实用新型专利CN203148534 U给出了一种新型的水表流量计量校验装置,可 用于水表的实流检定。该校验装置包括了复活塞式流量计、同轴光电编码器、电磁阀、进水 管和出水管等设备,采用工控计算机可自动完成水表校验环节的流速、流量调节和控制工 作,自动化程度高。
[0005] 中国实用新型专利CN201772916 U给出了一种质量流量计实流自动校验装置,包 括容器缸,容器缸通过管路依次与栗电机、标准流量计和待标定流量计连接;栗电机、标准 流量计和待标定流量计均与PLC控制装置连接,其优点是结构简单功能可靠,降低工人劳动 强度。该装置的缺点也是校验设备多,占用体积大。
[0006] 公知的实流检定方法可由计算机辅助来进行检定过程控制和数据记录,但检定过 程的仪表装卸、水位监视、流速和温度等参数的调整都需要检定人员全过程跟踪操作。实流 检定劳动强度高、效率低。实流检定方法所用标准容器一经制造完成便决定了它的计量范 围,很难改变最大计量值。
[0007] 作为超声波热量表的重要部件,超声波热量表信号转换器与热量测量部件配合完 成了热量计量。信号转换器的性能也决定了仪表检定结果和整机性能。实流检定方法过程 长、效率低、人工占用大。若因信号转换器性能不合格导致实流检定结果无效或失败,将浪 费大量人力物力。因此,除了采用实流检定来检验超声波热量表信号转换器的性能外,有必 要研究一种适用于超声波热量表信号转换器的干检验装置和方法,可在仪表的实流检定前 对信号转换器的性能进行校验,也可在热量表产品的定期维护或维修时对信号转换器的缺 陷进行快速检验和测试。
[0008] 目前,与本发明相关的公开专利或文献都给出的是超声波热量表信号转换器实流 校验装置和方法,还没有涉及超声波热量表信号转换器的干校验装置。

【发明内容】

[0009] 针对上述缺陷,本发明公开了一种超声波热量表信号转换器的校验装置。本发明 所公开的校验装置可以模拟超声波时差法流量测量原理和热电阻温度测量原理对超声波 热量表信号转换器的性能校验,可以有效地提升超声波热量表实流检定的效率,有助于在 热表产品生产时对超声波热量表信号转换器进行功能验证和测试,便于超声波热量表产品 在维护或维修时进行缺陷的快速检验和测试。
[0010] 为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
[0011] -种超声波热量表信号转换器的校验装置,应用于校验和测试超声波热量表信号 转换器的性能,包括了流量模拟模块、温差模拟模块、微处理器和上位机;所述流量模拟模 块与待测超声波热量表信号转换器的超声波信号发射和接收引脚相连,并通过通信接口与 所述微处理器连接,由所述微处理器设置流量校验参数及控制流量校验过程;所述温度模 拟模块与待测超声波热量表信号转换器的入口温度和出口温度测量引脚相连,并通过通信 接口与所述微处理器连接,由所述微处理器设置温度校验参数及控制温度校验过程;所述 上位机通过通讯接口与微处理器相连,设置校验参数至微处理器,并通过微处理器控制校 验过程。
[0012] 所述流量模拟模块由顺逆流超声波信号切换开关、超声波激励信号电平转换模 块、超声波回波信号电平转换模块和现场可编程逻辑门阵列器件,即FPGA器件构成;
[0013] 所述顺逆流超声波信号切换开关为一个具有四个信号端口的可控模拟开关的组 合,其四个信号端口分为两端口组,每组各两个端口; 一组的两个端口 Su和Sd分别连接待测 超声波热量表信号转换器原先与顺流和逆流超声波换能器连接的顺流引脚Fu和逆流引脚 Fd;另一组两个端口 和Sr分别连接超声波激励信号电平转换模块的输入引脚Fei和超声波 回波信号电平转换模块的输出引脚FwFPGA器件控制信号切换开关使某一端口组的任意一 个端口能与另一端口组的任意一个端口唯一连通;
[0014] 所述超声波激励信号电平转换模块把输入到引脚Fel的超声波激励信号幅值调整 至后续器件能承受的电压范围,由引脚F e。输出到FPGA器件;
[0015] 所述超声波回波信号电平转换模块的输入引脚Fri连接FPGA器件,把输出的模拟超 声波回波信号幅值调整至热量表信号转换器能处理的电压范围,由其引脚Fr。输出到顺逆流 超声波信号切换开关;
[0016] 所述FPGA器件采用硬件描述语言VerilogHDL搭建逻辑门电路组合实现时差法流 量模拟功能,其功能模块包括了超声激励信号检测模块、飞行时间模拟模块、超声回波信号 输出模块、切换开关控制模块和数据通讯模块;从引脚L4俞入的超声波激励信号由超声激 励信号检测模块进行检测并启动飞行时间模拟;飞行时间模拟模块根据设定的顺流或逆流 飞行时间产生延时;延时结束后,超声回波信号输出模块从引脚Lr输出超声波回波信号;信 号输出引脚L sl~Lsn用于控制顺逆流超声波信号切换开关的工作状态;引脚Ldr··!^为数据 通讯引脚,用于与微处理器进行数据通讯获取流量模拟参数。
[0017] 所述温度模拟模块由入口温度模拟单元Tsi和出口温度模拟单元Ts。构成;入口温 度模拟单元T S1由数字电位器RP1和固定电阻此串联构成,与待测信号转换器的入口温度测 量引脚相连,模拟入口温度传感器的电阻值,其输出电阻值为Ri = RPi+Rfi;出口温度模拟单 元Ts。由数字电位器RP。和固定电阻Rf。串联构成,与待测信号转换器的出口温度测量引脚相 连,模拟出口温度传感器的电阻值,其输出电阻值为R。=R P〇+Rf。。
[0018] 所述微处理器由通信接口控制数字电位器RP1的电阻值来调节入口温度模拟单元 TS1的输出电阻值Ri,使待测信号转换器测量得到设定的入口温度;微处理器由通信接口控 制数字电位器R P。的电阻值来调节出口温度
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