专利名称：流量检测与自动控制实验仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及实验演示仪器，尤其涉及一种流量检测与自动控制实验仪。
背景技术：
检测技术与自动化装置是自动控制学科的一部分，它主要对信号的获取与实时处理技术、先进传感器技术、智能仪表、测控装置、新型测控系统进行研究、开发和应用。
检测技术与自动化装置专业是一门集物理、数学、电子技术、计算机技术及过程控制技术等学科于一体的综合性学科。该学科的主要研究方向包括先进传感器技术、智能仪表、信号获取与实时处理、自动检测与控制系统。
本流量检测与控制教学实验系统由PCL控制卡、数据采集卡、计算机和控制电路组成，通过控制电机的升降开关管路中的阀门来实现对流量的控制。控制分为手动控制和自动控制两种方式。手动控制是直接通过控制电路控制电机阀的升降和水泵的开关，而自动控制则是通过计算机的人机对话，实现所有控制。上位计算机监控程序用VB6编写而成。监控程序的流量自动控制流程如图3，其中“初流量”指电机在该范围内执行单步逼近的操作；“死区”指在该误差范围内系统认为流量达到目标流量，电机不动作；“脉冲宽度”指电机步长，即电机在初流量范围内执行单步逼近操作时，每一步的持续时间。监控程序还具有数据采集、流量标定、流量过程曲线绘制、水位测量、水位控制、成果打印等功能。

发明内容
本发明的目的是提供一种流量检测与自动控制实验仪。
它具有自循环供水器、在自循环供水器内设有水泵，水泵通过软管与管道系统相接，管道系统内顺序串联了电磁流量计、涡轮流量计、文透利流量计、孔板流量计、水位系统和直线电机，管道系统的出水口通过软管回水到自循环供水器，电磁流量计、涡轮流量计、文透利流量计、孔板流量计和水位系统分别由其各自的传感器通过传感器信号线与二次仪表相接，二次仪表通过二次仪表信号线与流量检测控制仪相接，流量检测控制仪通过输出采样信号线和输入控制线与计算机相接。
本发明的优点1)由电磁流量计、涡沦流量计、文丘里流量计和孔板流量计组成的串联管路及手动自动切换控制仪、计算机测控系统和自循环供水系统组成，属技术密集型的台式实验装置；将工业控制系统引入到工程流体力学的传统实验系统中，适合于现代教学要求。
2)可通过对不同流量下各种流量计的同步检测，并经计算机同屏显示比较，了解各流量计的性能。能以人机对话方式，由计算机控制过流量大小，并可显示控制过程曲线，以供流量控制理论的实验教学。
3)配有计算机和数据采集、标定及流量自动控制的软硬件、具备结果显示、打印功能。还具有流量累计、泵的自动开关控制等功能；


图1是流量检测与自动控制实验仪结构示意图；图2是本发明流量检测控制仪电路图；图3是本发明流量自动控制软件流程图。
具体实施例方式
如图1所示，流量检测与自动控制实验仪具有自循环供水器1、在自循环供水器内设有水泵，水泵通过软管与管道系统8相接，管道系统8内顺序串联了电磁流量计2、涡轮流量计3、文透利流量计4、孔板流量计5、水位系统6和直线电机7，管道系统8的出水口通过软管回水到自循环供水器1，电磁流量计2、涡轮流量计3、文透利流量计4、孔板流量计5和水位系统6分别由其各自的传感器通过传感器信号线12与二次仪表9相接，二次仪表9通过二次仪表信号线13与流量检测控制仪10相接，流量检测控制仪10通过输出采样信号线和输入控制线与计算机11相接。
如图2所示，220V电源线的一路线通过15A的保险丝接流量检测控制仪前面板的电源开关K5，电源开关K5与直线电机的黄线和水泵插座的一脚相连，水泵插座的另一脚与第一固态继电器G1的一个输出脚相连，直线电机的青线与电容和第二固态继电器G2的一个输出脚相连，直线电机的白线与电容和第三固态继电器G3的一个输出脚相连，第一固态继电器G1、第二固态继电器G2和第三固态继电器G3的另一个输出脚与220V电源线的另一路线相连；第一固态继电器G1、第二固态继电器G2和第三固态继电器G3的输入负脚接地，第一固态继电器G1的输入正脚接流量检测控制仪前面板的手动/自动切换开关K1的第3组的1、3脚，第二固态继电器G2的输入正脚通过上限位按断开关接手动/自动切换开关K1的第2组的1、3脚，第三固态继电器G3的输入正脚通过下限位按断开关接手动/自动切换开关K1的第1组的1、3脚。手动/自动切换开关K1的第1组的2脚接工控卡引入DO2脚，手动/自动切换开关K1的第2组的2脚接工控卡引入DO1脚，手动/自动切换开关K1的第3组的2脚接工控卡引入DO0脚，手动/自动切换开关K1的第1组的4脚接流量检测控制仪前面板的阀关按钮K2的2脚，手动/自动切换开关K1的第2组的4脚接阀关按钮K2的4脚，手动/自动切换开关K1的第3组的4脚接流量检测控制仪前面板的泵开关K4的一脚，泵开关K4的另一脚接流量检测控制仪前面板的阀开按钮(K3)的1、4脚和工控卡引入+5V电源，另有阀关按钮K2的2脚接阀开按钮K3的3脚，另有阀关按钮K2的3脚接阀开按钮K3的2脚。第一固态继电器G1采用25A固态继电器，第二固态继电器G2和第三固态继电器G3采用2A固态继电器。
如图3所示，在自动控制状态下，通过“设定流量”按钮设定系统流量值，系统实时采样当前系统实际流量值，接着计算“设定流量值”与“实际流量值”之差的绝对值和“初流量”进行比较，如果“设定流量值”与“实际流量值”之差的绝对值大于或等于“初流量”，则电机阀以系统设定的“脉冲宽度”为步长执行相应的开/关动作，否则就将“设定流量值”与“实际流量值”之差的绝对值和“死区”进行比较，如果“设定流量值”与“实际流量值”之差的绝对值大于或等于“死区”，则电机阀以1秒钟为步长执行相应的开/关动作，如果“设定流量值”与“实际流量值”之差的绝对值小于“死区”，则系统认为自动控制达到要求，电机不再动作。但自动检测循环依旧进行，任何其他原因导致系统流量变换超过“死区”范围，系统都将重复以上步骤。
本发明的工作过程是电磁流量计与涡沦流量计采用最新市售产品(25型)，配有显示直读的百分比显示仪和积算仪；文丘里流量计和孔板流量计配有本室研制的优质压差传感器，配有显示直读的电测仪。同时电测仪将压差传感器的电信号经放大器放大后送入计算机，通过非线性并行处理软件的处理，由计算机直接拟合成流量值。
流量检测控制仪是用于对流量、水泵的控制方式选择。当开关切向手动时，可利用控制仪对水泵的停、开和流量的大小进行手动控制；当开关切向自动时，可由人机对话方式由计算机实施对泵、流量、水位的自动控制。
计算机系统是由586以上计算机、PCL-711S工控卡及流量检测与系统测控软件组成。系统具有数据采集、流量标定、表示流量显示、流量累积、流量与泵自动控制、流量过程曲线绘制、水位测量、水位控制、成果打印等功能。
实验内容1)检查孔板流量计、文丘里流量计的压差输出端与压差传感器是否连接正确，高压端是否连接到传感器的带红点的进水管。
2)关闭水位输入端的阀门。
3)将流量检测控制仪的切换开关置于“手动”状态，关闭水泵和电源开关。
4)打开显示仪的总电源开关，打开文丘里流量计、孔板流量计和水位三个电测仪的电源。将涡轮流量计积算仪的选择开关K3打到低六位，选择开关K5打到瞬时，复零开关K6复零。利用电测仪面板的调零旋扭将电测仪调零。
5)打开计算机，进入流量检测与控制教学实验系统软件(在管道未充满水流时，电磁流量计读数偏大属正常)。
开始实验1)在“手动”状态下，打开流量检测控制仪的电源，开水泵，同时观察流量检测与控制教学实验系统软件表格中的流量数据。如果各通道的数据误差极大或有些通道数据显示为满度或为零，请检查该通道的连线是否正确。确认连线正确，数据误差仍偏大，则必须重新率定数据。
2)表格中流量数据正常即可进行自动控制。将流量检测控制仪的切换开关置于“自动”状态，用户可以根据需要设定流量，观察系统流量的变化。软件详细操作见软件使用说明。
3)水位实验请进入到水位界面，打开水位进水阀，点击执行按扭观察水位升降对系统的控制。
实验结束后退出流量检测与控制教学实验系统软件，依次关闭计算机、水泵、流量检测控制仪电源，将流量检测控制仪的切换开关置于“手动”状态，再关闭文丘里流量计、孔板流量计和水位三个电测仪的电源，关闭显示仪的总电源。
权利要求
1.一种流量检测与自动控制实验仪，其特征在于它具有自循环供水器(1)、在自循环供水器内设有水泵，水泵通过软管与管道系统(8)相接，管道系统(8)内顺序串联了电磁流量计(2)、涡轮流量计(3)、文透利流量计(4)、孔板流量计(5)、水位系统(6)和直线电机(7)，管道系统(8)的出水口通过软管回水到自循环供水器(1)，电磁流量计(2)、涡轮流量计(3)、文透利流量计(4)、孔板流量计(5)和水位系统(6)分别由其各自的传感器通过传感器信号线(12)与二次仪表(9)相接，二次仪表(9)通过二次仪表信号线(13)与流量检测控制仪(10)相接，流量检测控制仪(10)通过输出采样信号线和输入控制线(14)与计算机(11)相接。
2.根据权利要求1所述的一种流量检测与自动控制实验仪，其特征在于，所述的流量检测控制仪(10)的电路为220V电源线的一路线通过15A的保险丝接流量检测控制仪前面板的电源开关(K5)，电源开关(K5)与直线电机的黄线和水泵插座的一脚相连，水泵插座的另一脚与第一固态继电器(G1)的一个输出脚相连，直线电机的青线与电容和第二固态继电器(G2)的一个输出脚相连，直线电机的白线与电容和第三固态继电器(G3)的一个输出脚相连，第一固态继电器(G1)、第二固态继电器(G2)和第三固态继电器(G3)的另一个输出脚与220V电源线的另一路线相连；第一固态继电器(G1)、第二固态继电器(G2)和第三固态继电器(G3)的输入负脚接地，第一固态继电器(G1)的输入正脚接流量检测控制仪前面板的手动/自动切换开关(K1)的第3组的1、3脚，第二固态继电器(G2)的输入正脚通过上限位按断开关接手动/自动切换开关(K1)的第2组的1、3脚，第三固态继电器(G3)的输入正脚通过下限位按断开关接手动/自动切换开关(K1)的第1组的1、3脚。手动/自动切换开关(K1)的第1组的2脚接工控卡引入D02脚，手动/自动切换开关(K1)的第2组的2脚接工控卡引入D01脚，手动/自动切换开关(K1)的第3组的2脚接工控卡引入D00脚，手动/自动切换开关(K1)的第1组的4脚接流量检测控制仪前面板的阀关按钮(K2)的2脚，手动/自动切换开关(K1)的第2组的4脚接阀关按钮(K2)的4脚，手动/自动切换开关(K1)的第3组的4脚接流量检测控制仪前面板的泵开关(K4)的一脚，泵开关(K4)的另一脚接流量检测控制仪前面板的阀开按钮(K3)的1、4脚和工控卡引入+5V电源，另有阀关按钮(K2)的2脚接阀开按钮(K3)的3脚，另有阀关按钮(K2)的3脚接阀开按钮(K3)的2脚。
全文摘要
本发明公开了一种流量检测与自动控制实验仪。它具有自循环供水器、在自循环供水器内设有水泵，水泵通过软管与管道系统相接，管道系统内顺序串联了电磁流量计、涡轮流量计、文透利流量计、孔板流量计、水位系统和直线电机，管道系统的出水口通过软管回水到自循环供水器，电磁流量计、涡轮流量计、文透利流量计、孔板流量计和水位系统分别由其各自的传感器与二次仪表、流量检测控制仪、计算机相接。本发明属技术密集型的台式实验装置，它将工业中的流量检测与自动控制系统引入到工程流体力学的传统实验系统中，适合于现代教学要求。该系统可对不同流量下各种流量计进行同步检测，并具有计算机数据采集，流量、水位标定及流量自动控制等功能。
文档编号G01F1/00GK1606045SQ20041006817
公开日2005年4月13日 申请日期2004年11月10日 优先权日2004年11月10日
发明者毛根海, 胡卫红, 陈少庆, 章军军, 杨敏丽 申请人:浙江大学