在(zai)工(gong)業(ye)化迅(xun)速發展(zhan)的大時(shi)代，缺少不(bu)了壓(ya)(ya)力變(bian)送器(qi)、流量計、液位計、密度(du)計、差壓(ya)(ya)變(bian)送器(qi)等(deng)儀(yi)表(biao)把(ba)現(xian)場(chang)第一(yi)數據實時(shi)傳輸到(dao)工(gong)控系統(tong)(tong)上，為整個(ge)工(gong)業(ye)自動(dong)化系統(tong)(tong)充(chong)當控制、檢(jian)測等(deng)一(yi)系列的眼睛，接下來華恒儀(yi)表(biao)為您(nin)解讀工(gong)業(ye)現(xian)場(chang)最(zui)前(qian)沿的壓(ya)(ya)力變(bian)送器(qi)使用情況。

　　摘(zhai)要:根據傳統鐘罩式(shi)氣體流(liu)量(liang)標準裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)的結(jie)構特點，結(jie)合當前檢測或(huo)科研工(gong)(gong)作的擴展需求(qiu)，設(she)(she)計(ji)可(ke)(ke)變(bian)工(gong)(gong)況型(xing)鐘罩式(shi)氣體流(liu)量(liang)標準裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)，給(gei)出設(she)(she)計(ji)思(si)路，包括(kuo)可(ke)(ke)變(bian)流(liu)量(liang)范圍、可(ke)(ke)變(bian)壓力范圍、可(ke)(ke)變(bian)溫度范圍、可(ke)(ke)變(bian)信號接收方(fang)(fang)式(shi)等方(fang)(fang)面，提出具(ju)體設(she)(she)計(ji)方(fang)(fang)案，以(yi)滿足(zu)工(gong)(gong)作需求(qiu)。有利(li)于改進(jin)現(xian)有裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)的不足(zu)，設(she)(she)計(ji)出功(gong)能更為強大(da)的新型(xing)鐘罩裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)，為標準裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)的產業(ye)化打下基礎。

　　引言

　　鐘(zhong)罩(zhao)式氣(qi)(qi)體(ti)(ti)流(liu)量(liang)標(biao)準(zhun)裝(zhuang)置屬于氣(qi)(qi)體(ti)(ti)流(liu)量(liang)標(biao)準(zhun)裝(zhuang)置的一種(zhong)，是以氣(qi)(qi)體(ti)(ti)為介質，對(dui)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)流(liu)量(liang)計進行檢定、校(xiao)準(zhun)和檢驗的標(biao)準(zhun)裝(zhuang)置，它應用較早，主要用于企(qi)事業實(shi)驗室、第三方技術機構。傳統鐘(zhong)罩(zhao)裝(zhuang)置結(jie)構如圖1所示(shi)。

　　對于(yu)傳統鐘(zhong)罩(zhao)式(shi)氣體(ti)流(liu)量標準裝(zhuang)置(zhi)，其流(liu)量范(fan)(fan)圍(wei)、壓力范(fan)(fan)圍(wei)、溫度(du)范(fan)(fan)圍(wei)、信(xin)(xin)號(hao)接收(shou)方(fang)式(shi)等(deng)都是確定的，稱之為固定工(gong)(gong)況。例如一套(tao)鐘(zhong)罩(zhao)裝(zhuang)置(zhi)，其流(liu)量范(fan)(fan)圍(wei)(0～6)m3/h;壓力范(fan)(fan)圍(wei)(0～4)kPa;溫度(du)范(fan)(fan)圍(wei):(202)℃;信(xin)(xin)號(hao)接收(shou)方(fang)式(shi):電壓脈沖與(4～20)mA電流(liu)模擬信(xin)(xin)號(hao)等(deng)。對于(yu)當(dang)前檢測或科(ke)研工(gong)(gong)作中的擴展(zhan)需(xu)求(qiu)，固定工(gong)(gong)況型鐘(zhong)罩(zhao)裝(zhuang)置(zhi)已經不能滿足要求(qiu)。

　　1擴展需求

　　1.1流量范圍需求

　　對于(yu)一臺固定容積的(de)鐘罩裝置，其流(liu)量(liang)(liang)范圍是確定的(de)，包括流(liu)量(liang)(liang)上限(xian)與流(liu)量(liang)(liang)下限(xian)，它僅(jin)適用于(yu)流(liu)量(liang)(liang)范圍之內(nei)的(de)被(bei)檢(jian)器檢(jian)測。對于(yu)流(liu)量(liang)(liang)上限(xian)過大或(huo)流(liu)量(liang)(liang)下限(xian)過小的(de)被(bei)檢(jian)器，無法(fa)滿足(zu)檢(jian)測要(yao)求。

　　1.2壓力需求

　　當鐘(zhong)罩裝置用于檢(jian)(jian)測(ce)(ce)氣體(ti)超聲(sheng)流量計(ji)、金屬管浮子流量計(ji)等高壓(ya)(ya)型被檢(jian)(jian)器(qi)時(shi)，往往需(xu)要(yao)裝置提(ti)供更高的檢(jian)(jian)測(ce)(ce)壓(ya)(ya)力，否則被檢(jian)(jian)器(qi)可能(neng)工作不(bu)正常，此時(shi)非常高檢(jian)(jian)測(ce)(ce)壓(ya)(ya)力可能(neng)為(5～6)個(ge)大氣壓(ya)(ya)力需(xu)求，而傳統裝置往往只有(0.03～0.04)個(ge)大氣壓(ya)(ya)力，顯然無法滿足要(yao)求。

　　1.3溫度需求

　　傳統鐘(zhong)罩裝置(zhi)的(de)(de)設(she)計理(li)論(lun)、組件及設(she)備配置(zhi)，均適用在常溫(wen)(wen)狀態(tai)。當檢測(ce)氣(qi)體質量(liang)流量(liang)計等對(dui)溫(wen)(wen)度敏感(gan)的(de)(de)被檢器或(huo)開展某種特(te)定溫(wen)(wen)度下的(de)(de)科學(xue)實驗，常溫(wen)(wen)型的(de)(de)鐘(zhong)罩裝置(zhi)顯然(ran)無法滿(man)足工(gong)作要(yao)求(qiu)。此時需要(yao)提(ti)供的(de)(de)氣(qi)體溫(wen)(wen)度可能遠遠偏離溫(wen)(wen)室，例(li)如要(yao)求(qiu)15℃下對(dui)某流量(liang)計進行示值誤差(cha)試驗時。

　　1.4信號(hao)接收(shou)方式需求表

　　除了常用(yong)的(de)電壓脈沖與(yu)(4～20)mA電流(liu)模(mo)擬(ni)信(xin)號以(yi)外，還有很多儀表信(xin)號制式(shi);隨著(zhu)計算機遠程通訊(xun)及網絡技術(shu)的(de)進步，各種現場總線甚至無線信(xin)息傳(chuan)輸(shu)的(de)方式(shi)也應運而生，因此(ci)必須增加新的(de)信(xin)號接收(shou)裝置加以(yi)適應。

　　2設計思路

　　根據傳統鐘罩裝置的(de)(de)(de)流量范(fan)圍(wei)、壓力(li)范(fan)圍(wei)、溫度(du)范(fan)圍(wei)、信(xin)號接收方式，設計改(gai)進其中(zhong)的(de)(de)(de)一種(zhong)或幾種(zhong)，使其可以選擇(ze)的(de)(de)(de)信(xin)號范(fan)圍(wei)和(he)種(zhong)類更多，這稱之為可變工(gong)況。

　　例(li)如，可(ke)以通過多(duo)個鐘(zhong)罩并(bing)聯(lian)的方式解決流量范圍(wei)問題，稱之為并(bing)聯(lian)式鐘(zhong)罩，如圖2所示。

　　傳統(tong)鐘罩裝置一(yi)般均為正吹(chui)法(fa)管線，如(ru)圖3所示;而反(fan)吹(chui)法(fa)管線設計方(fang)式(shi)可以實現增加裝置的(de)上限壓(ya)力，如(ru)圖4所示，兩者的(de)氣流方(fang)向是相反(fan)的(de)。

　　可以(yi)將正(zheng)吹(chui)(chui)法(fa)、反(fan)吹(chui)(chui)法(fa)管線設計在同一套鐘罩裝置上，即實現了可變的試驗壓力范圍。如圖5所示，兩(liang)種(zhong)方法(fa)根據需要通(tong)過閥門手動或自動進行切換。

　　另外，可以通過增(zeng)加氣(qi)體溫(wen)度調節(jie)組件的(de)方式(shi)來實現溫(wen)度可變調節(jie)，如圖6所示。

　　現(xian)場總(zong)線(Fieldbus)是近(jin)年來迅(xun)速發(fa)展起(qi)來的(de)(de)一種工(gong)業數(shu)據(ju)總(zong)線，它主要用(yong)(yong)于(yu)(yu)工(gong)業現(xian)場的(de)(de)智能化(hua)儀(yi)器儀(yi)表(biao)與高級控制(zhi)系統之間的(de)(de)信(xin)息(xi)傳遞問題。由于(yu)(yu)現(xian)場總(zong)線簡單、可靠、經濟實用(yong)(yong)，因而近(jin)年來在(zai)計(ji)算機和儀(yi)表(biao)廠商中得到了(le)廣泛(fan)應(ying)用(yong)(yong)。可通過增(zeng)加對現(xian)場總(zong)線信(xin)號的(de)(de)支持來擴展鐘罩裝置(zhi)的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)。

　　3設計方案

　　3.1可變流量范圍設計

　　鐘罩(zhao)(zhao)(zhao)式氣體(ti)流量標準裝(zhuang)置(zhi)的(de)流量上限(xian)主要取決(jue)于鐘罩(zhao)(zhao)(zhao)本體(ti)容積的(de)大小，鐘罩(zhao)(zhao)(zhao)本體(ti)一(yi)般有20L、50L、100L、200L、500L、1000L和2000L等多種(zhong)規格，每個鐘罩(zhao)(zhao)(zhao)本體(ti)對應一(yi)個上限(xian)流量Qmax，具體(ti)見(jian)表1。

　　可以根據(ju)實際需(xu)要將不同流量(liang)(liang)上限的鐘罩加(jia)以并聯(lian)組合，即成為并聯(lian)組合式鐘罩氣體流量(liang)(liang)標準裝置，從而實現可變流量(liang)(liang)范(fan)圍，如圖(tu)7所示(shi)。

　　圖(tu)7為20L、100L、1000L三(san)個規格的(de)鐘罩的(de)并聯組合(he)，根據(ju)被(bei)檢器的(de)工(gong)作量(liang)(liang)(liang)程，自動選(xuan)擇合(he)適的(de)標準器，可使流(liu)量(liang)(liang)(liang)量(liang)(liang)(liang)程比達到(dao)500∶1，適應高量(liang)(liang)(liang)程比的(de)要求，極大(da)提大(da)檢測(ce)能(neng)力(li)，節約經濟成本(ben)。

　　3.2可變(bian)壓力范圍(wei)設計

　　壓(ya)(ya)力(li)(li)參(can)數是影響鐘(zhong)罩(zhao)性能(neng)的(de)主要性能(neng)指標，為了有效增大鐘(zhong)罩(zhao)壓(ya)(ya)力(li)(li)，可以設計(ji)一(yi)種(zhong)正、反(fan)(fan)吹(chui)(chui)法(fa)(fa)鐘(zhong)罩(zhao)裝置。如(ru)圖8所示，裝置集(ji)正吹(chui)(chui)與反(fan)(fan)吹(chui)(chui)兩種(zhong)方(fang)法(fa)(fa)于一(yi)身(shen)，其中正吹(chui)(chui)法(fa)(fa)壓(ya)(ya)力(li)(li)范(fan)(fan)圍為(0～4)kPa，反(fan)(fan)吹(chui)(chui)法(fa)(fa)的(de)壓(ya)(ya)力(li)(li)范(fan)(fan)圍為(4～0.6)MPa，利用(yong)正吹(chui)(chui)與反(fan)(fan)吹(chui)(chui)兩種(zhong)方(fang)法(fa)(fa)，可使鐘(zhong)罩(zhao)壓(ya)(ya)力(li)(li)范(fan)(fan)圍達到(0～0.6)MPa，適應(ying)高壓(ya)(ya)力(li)(li)比的(de)要求。圖8實(shi)際為一(yi)種(zhong)自動控制(zhi)(zhi)型正、反(fan)(fan)吹(chui)(chui)鐘(zhong)罩(zhao)裝置，通過(guo)預先設定好(hao)正吹(chui)(chui)法(fa)(fa)及反(fan)(fan)吹(chui)(chui)法(fa)(fa)檢測(ce)管(guan)線、信(xin)號補償部件(jian)、流量調節部件(jian)、壓(ya)(ya)力(li)(li)源及壓(ya)(ya)力(li)(li)調節部件(jian)等，利用(yong)開關閥(fa)切換管(guan)路(lu)或(huo)功能(neng)，然后通過(guo)系統軟件(jian)控制(zhi)(zhi)數據信(xin)息采集(ji)及部件(jian)動作，從而實(shi)現(xian)正吹(chui)(chui)法(fa)(fa)和(he)反(fan)(fan)吹(chui)(chui)法(fa)(fa)的(de)自動控制(zhi)(zhi)選擇(ze)。

　　可(ke)變溫度范(fan)圍設計

　　溫(wen)(wen)(wen)度(du)參(can)數也是影響鐘罩(zhao)性能的(de)(de)主要性能指(zhi)標，通過增加(jia)氣(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)溫(wen)(wen)(wen)度(du)調(diao)節(jie)組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)方(fang)式(shi)，設計一種可模擬介質實(shi)(shi)際使用(yong)溫(wen)(wen)(wen)度(du)的(de)(de)鐘罩(zhao)裝置。它包(bao)括(kuo)進(jin)氣(qi)組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)(jian)和(he)鐘罩(zhao)，進(jin)氣(qi)組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)(jian)出(chu)口(kou)端(duan)(duan)連(lian)接(jie)(jie)有氣(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)調(diao)節(jie)組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)(jian)，氣(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)調(diao)節(jie)組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)(jian)包(bao)括(kuo)氣(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)混合保(bao)(bao)溫(wen)(wen)(wen)器(qi)(qi)(qi)和(he)分別與(yu)其(qi)連(lian)接(jie)(jie)的(de)(de)氣(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)制冷器(qi)(qi)(qi)和(he)氣(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)加(jia)熱(re)(re)器(qi)(qi)(qi)，氣(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)制冷器(qi)(qi)(qi)和(he)氣(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)加(jia)熱(re)(re)器(qi)(qi)(qi)并聯、與(yu)進(jin)氣(qi)組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)(jian)出(chu)口(kou)端(duan)(duan)連(lian)接(jie)(jie)，氣(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)混合保(bao)(bao)溫(wen)(wen)(wen)器(qi)(qi)(qi)出(chu)口(kou)端(duan)(duan)與(yu)鐘罩(zhao)之間連(lian)接(jie)(jie)有被(bei)檢器(qi)(qi)(qi)接(jie)(jie)口(kou)，鐘罩(zhao)連(lian)接(jie)(jie)有排氣(qi)組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)(jian)。進(jin)入被(bei)檢氣(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)流量(liang)計的(de)(de)氣(qi)體(ti)(ti)(ti)(ti)與(yu)實(shi)(shi)際使用(yong)溫(wen)(wen)(wen)度(du)相同(tong)，測(ce)量(liang)接(jie)(jie)近實(shi)(shi)際，提高檢測(ce)準確(que)性，檢測(ce)數據(ju)更可靠，具體(ti)(ti)(ti)(ti)實(shi)(shi)現如圖(tu)9所示。

　　注意(yi):圖(tu)9中的兩個擴展(zhan)應(ying)用:一(yi)是鐘(zhong)罩位置(zhi)換成(cheng)氣(qi)(qi)體(ti)標(biao)準(zhun)表或音速噴嘴時，即改變了(le)(le)裝(zhuang)置(zhi)的標(biao)準(zhun)器類(lei)型;增(zeng)加(jia)521－真空泵(beng)進氣(qi)(qi)閥設計后，即變成(cheng)了(le)(le)負(fu)壓(ya)法氣(qi)(qi)體(ti)裝(zhuang)置(zhi)，可節(jie)約運(yun)行(xing)成(cheng)本。

　　3.4可變信號接(jie)收模式設計

　　鐘罩式(shi)氣體流(liu)量標(biao)準裝(zhuang)(zhuang)置可檢(jian)測被檢(jian)器種類(lei)大致或分為三類(lei)，要求裝(zhuang)(zhuang)置具(ju)備(bei)不同的信(xin)號接(jie)收(shou)和處(chu)理能(neng)力(li)。

　　(1)無信號輸出(chu)類(lei)，應用于指針(zhen)式(shi)或直讀式(shi)氣體流量(liang)計(ji)，如無補償型(xing)(xing)渦輪或羅(luo)茨流量(liang)計(ji)、分流旋(xuan)翼(yi)型(xing)(xing)蒸(zheng)汽流量(liang)計(ji)等。裝置可采(cai)用人工(gong)啟停時間接收、高速攝像(xiang)的方(fang)法(fa)，配合專用處(chu)理軟件來實現(xian)。

　　(2)脈(mo)沖(chong)(chong)輸出類(lei)，包括電(dian)壓脈(mo)沖(chong)(chong)、電(dian)流脈(mo)沖(chong)(chong)、高頻脈(mo)沖(chong)(chong)、低頻脈(mo)沖(chong)(chong)、光電(dian)脈(mo)沖(chong)(chong)、開關信號(hao)等，應用于大部(bu)分種類(lei)的氣體流量(liang)計(ji)，如(ru)渦輪(lun)流量(liang)計(ji)、超聲流量(liang)計(ji)等。

　　(3)模擬輸出(chu)類(lei)，包(bao)括電流模擬(常用(0～10)mA、(0～20)mA)、電壓模擬(常用(0～5)V、(1～5)V)等，應用于(yu)各類(lei)工作(zuo)級氣體流量(liang)(liang)計(ji)，如渦(wo)街(jie)流量(liang)(liang)計(ji)、熱式質量(liang)(liang)流量(liang)(liang)計(ji)，金屬管浮子流量(liang)(liang)計(ji)等。

　　(4)現(xian)場總(zong)線輸出類，包括Profibu、Modbus、FoundationFieldbus等多種，應(ying)用(yong)于(yu)種類現(xian)場總(zong)線控制型氣體流量計。

　　(5)無線射頻信號類，應用于遠程抄(chao)表或控(kong)制的氣(qi)(qi)體流量(liang)計，如(ru)皮膜(mo)燃(ran)氣(qi)(qi)表、超聲燃(ran)氣(qi)(qi)表等。

　　(6)綜(zong)合類(lei)，即包(bao)含上述(1)～(5)兩(liang)種或兩(liang)種以(yi)上信號類(lei)型的氣體流量計。

　　通過對(dui)傳統(tong)鐘罩裝(zhuang)置(zhi)的(de)控制系統(tong)進行開(kai)發，實現對(dui)所需信(xin)號類型的(de)接收和處(chu)理支(zhi)持(chi)。

　　4結束語

　　鐘(zhong)罩(zhao)式(shi)氣(qi)體(ti)流(liu)量(liang)標(biao)(biao)準裝(zhuang)置(zhi)(zhi)應用(yong)廣泛，是氣(qi)體(ti)流(liu)量(liang)行業(ye)主(zhu)要的標(biao)(biao)準計量(liang)器(qi)具。然而隨著新(xin)技術(shu)新(xin)需求的出(chu)(chu)(chu)現，有必要對傳(chuan)統鐘(zhong)罩(zhao)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)進行技術(shu)改進或改造才(cai)能適用(yong)需求。筆(bi)者(zhe)從(cong)實(shi)際出(chu)(chu)(chu)發，提(ti)(ti)出(chu)(chu)(chu)可變(bian)工況型鐘(zhong)罩(zhao)式(shi)氣(qi)體(ti)流(liu)量(liang)標(biao)(biao)準裝(zhuang)置(zhi)(zhi)的設計理念，提(ti)(ti)出(chu)(chu)(chu)了流(liu)量(liang)范圍、壓力范圍、溫度范圍、信號接(jie)收方式(shi)等方面的技術(shu)創(chuang)新(xin)與改進方案，能夠滿足企(qi)事業(ye)單位實(shi)驗室、第三方技術(shu)機構的檢(jian)測及科研需求。

　　儀(yi)器儀(yi)表(biao)是工業化進程的基石，只有選(xuan)用(yong)工業現場(chang)選(xuan)用(yong)合(he)適的儀(yi)表(biao)，才能(neng)夠事(shi)半(ban)功倍，自(zi)動(dong)(dong)化流程才能(neng)夠更加自(zi)動(dong)(dong)化。