流量是工業(yè)生產(chǎn)過程檢測控制中的一個重要參數(shù)，目前，用于流量測量的流量計型式多種多樣，而脈沖信號輸出的渦輪流量計的應(yīng)用越來越廣泛，本文就脈沖信號流量計檢定/校準(zhǔn)中，其儀表系數(shù)K的兩種實現(xiàn)方法進行分析。
一、脈沖信號流量計儀表系數(shù)K的定義
流量計輸出為脈沖信號時，該脈沖信號的頻率f與流過管道的體積流量qv成正比，其比例系數(shù)即為流量計的儀表系數(shù)K，即
在同一時間內(nèi)，流量計發(fā)出的脈沖數(shù)N與流過管道的流體體積V成正比，其比例系數(shù)也為流量計的儀表系數(shù)K，即
在流量計的檢定中，通常用渦輪流量計儀表系數(shù)K的誤差來評價流量計的準(zhǔn)確度等級。我所研制了主動式體積管油流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，用來完成各式流量計的檢定/校準(zhǔn)工作。該裝置的測量原理圖如圖1所示。
電機驅(qū)動油缸內(nèi)活塞產(chǎn)生需要的平穩(wěn)流量，流經(jīng)被檢流量計后回到油箱，流過被檢流量計的流體體積qv用活塞橫截面積A乘以活塞移動距離l，l用光柵來測量。被檢流量計的脈沖信號通過數(shù)據(jù)采集卡采集。
二、脈沖信號流量計儀表系數(shù)K的測定原理
相同時間t內(nèi)，根據(jù)式（2）可得
式中：l—單位時間t內(nèi)，流體流過的距離；l1—光柵每個輸出脈沖對應(yīng)的距離；A—流體截面積；N2—光柵輸出脈沖數(shù)；N1—流量計輸出脈沖數(shù)。因為l1、A是固定值，記 ，則
K系數(shù)的測定轉(zhuǎn)化為同一時間內(nèi)流量計脈沖數(shù)和光柵脈沖數(shù)的測定。
另外，根據(jù)式（1）可得
式中：f1—流量計的輸出頻率；f2—光柵脈沖頻率。
因此，K系數(shù)的測定又轉(zhuǎn)化為流量計輸出頻率f1和光柵脈沖頻率f2的測量。
三、渦輪流量計儀表系數(shù)K的兩種實現(xiàn)方法
1.軟件實現(xiàn)測量
根據(jù)式(4)，如圖2所示，定時脈沖上升沿觸發(fā)流量計脈沖和光柵脈沖開始計數(shù)，下降沿觸發(fā)二者停止計數(shù)。該方法實現(xiàn)的系統(tǒng)環(huán)境為：帶ISA插槽工控機，Windows98系統(tǒng)，Visual C++編程語言，中科院數(shù)據(jù)采集卡。實現(xiàn)K系數(shù)測量時，根據(jù)流量計準(zhǔn)確度給出預(yù)計流量計脈沖數(shù)，工控機發(fā)出開始測量信號， 同時讀取流量計脈沖計數(shù)器和光
柵脈沖計數(shù)器的讀數(shù)，并且定時器清零，然后實時查詢流量計脈沖計數(shù)器讀數(shù)，待該計數(shù)器值大于或等于預(yù)計流量計脈沖數(shù)時，停止計數(shù)，同時記錄光柵脈沖計數(shù)器值和定時器值。由實驗得到，軟件查詢執(zhí)行引起的誤差可以忽略不計。由于這種方法是在同一時間內(nèi)，直接測量流量計和光柵脈沖數(shù)，每次測量有一個脈沖的誤差，所以，測量準(zhǔn)確度和所計脈沖個數(shù)有關(guān)，如果計1000個脈沖，測量的相對誤差為0.1%，記的脈沖個數(shù)越多，測量的準(zhǔn)確度越高，相對應(yīng)的測量時間就越長。顯然，這種方法不能保證記錄t時間內(nèi)流量計脈沖和光柵脈沖的整數(shù)個脈沖。
以0.2級脈沖流量計為例，測量結(jié)果如表1所示（預(yù)計流量計脈沖數(shù)5000）。
2.硬件實現(xiàn)雙頻計時
根據(jù)式(5)，流量計頻率和光柵頻率的測量不要求完全同步，即以犧牲同步獲得頻率測量的準(zhǔn)確性。相對于流量計脈沖和光柵脈沖來說，計時脈沖是一個10MHz高頻脈沖，保證測時準(zhǔn)確度，用來分別測時T1和T2，測量誤差為10-7。計時脈沖1在啟/停脈沖上升沿后，渦輪流量計脈沖的第一個上升沿觸發(fā)，計時器脈沖2在啟/停脈沖上升沿后，光柵脈沖的第一個上升沿觸發(fā)，計時脈沖1在啟/停脈沖下降沿后，流量計的第一個上升沿停止計時T1，計時脈沖2在啟/停脈沖下降沿后，光柵脈沖的第一個上升沿停止計時T2。這樣保證分別在T1、T2時間內(nèi)，記錄的流量計脈沖和光柵脈沖是完整個數(shù)，如圖3所示。
這種方法的優(yōu)點是，當(dāng)流量計輸出頻率很小時，可以在大于流量計脈沖周期的時間內(nèi)，精確測量流量計脈沖頻率和光柵脈沖頻率。
自動實現(xiàn)雙計時法時，操作者通過計算機設(shè)置流量計脈沖數(shù)，通過流量計脈沖計數(shù)器溢出信號來停止測量。原理如圖4所示。
具體實現(xiàn)過程如下：
（1）設(shè)定預(yù)計流量計脈沖數(shù)N，則N1=N，流量計脈沖計數(shù)器設(shè)置減計數(shù)，光柵脈沖計數(shù)器設(shè)置增計數(shù)，初始值為1。
（2）計算機發(fā)出啟動控制信號，高電平。
（3）流量計脈沖、光柵脈沖的第一個上升沿，計時脈沖1、計時脈沖2分別開始計時。
（4）當(dāng)N1=0時，渦輪流量計脈沖計數(shù)器溢出標(biāo)志輸出信號，測量停止，計時脈沖1停止測量。
（5）光柵脈沖計數(shù)器在溢出標(biāo)志輸出之后的下一個上升沿停止計數(shù)測量，同時計時器2停止計時。由于多個計數(shù)器計數(shù)， 雙頻計時實現(xiàn)K系數(shù)測量時，預(yù)計流量計脈沖數(shù)不少于3個。以0.2級脈沖流量計為例，測量結(jié)果如表2所示（預(yù)計流量計脈沖數(shù)50）。
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