在工業化迅速發展的(de)大時代(dai)，缺(que)少不(bu)了壓(ya)力(li)變(bian)送器(qi)、流量(liang)計、液位(wei)計、密度計、差壓(ya)變(bian)送器(qi)等(deng)儀表(biao)把現(xian)場(chang)第一數據實時傳輸到工控系(xi)(xi)統上，為(wei)整(zheng)個(ge)工業自動(dong)化系(xi)(xi)統充當控制、檢測等(deng)一系(xi)(xi)列的(de)眼睛，接(jie)下來華恒儀表(biao)為(wei)您解讀(du)工業現(xian)場(chang)最前沿的(de)壓(ya)力(li)變(bian)送器(qi)使用情況。

　　摘要(yao):根據傳統鐘(zhong)罩(zhao)(zhao)式(shi)(shi)氣體流量(liang)標(biao)準裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)的結構特(te)點(dian)，結合當前檢(jian)測或科研工(gong)作的擴(kuo)展需(xu)求，設(she)(she)計可(ke)變(bian)工(gong)況型鐘(zhong)罩(zhao)(zhao)式(shi)(shi)氣體流量(liang)標(biao)準裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)，給(gei)出設(she)(she)計思(si)路(lu)，包括可(ke)變(bian)流量(liang)范(fan)圍、可(ke)變(bian)壓力(li)范(fan)圍、可(ke)變(bian)溫度范(fan)圍、可(ke)變(bian)信號接收(shou)方(fang)式(shi)(shi)等(deng)方(fang)面(mian)，提出具體設(she)(she)計方(fang)案，以(yi)滿足(zu)工(gong)作需(xu)求。有(you)利于改進(jin)現有(you)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)的不(bu)足(zu)，設(she)(she)計出功(gong)能更為強大(da)的新型鐘(zhong)罩(zhao)(zhao)裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)，為標(biao)準裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)的產業化打下(xia)基礎。

　　引言

　　鐘(zhong)罩(zhao)(zhao)式氣(qi)體流(liu)(liu)量標(biao)準(zhun)裝(zhuang)置屬于(yu)(yu)氣(qi)體流(liu)(liu)量標(biao)準(zhun)裝(zhuang)置的一(yi)種，是以(yi)氣(qi)體為介質(zhi)，對氣(qi)體流(liu)(liu)量計進行檢(jian)定(ding)、校(xiao)準(zhun)和檢(jian)驗(yan)的標(biao)準(zhun)裝(zhuang)置，它應(ying)用較早(zao)，主(zhu)要用于(yu)(yu)企事業實驗(yan)室、第三方(fang)技術機構。傳統(tong)鐘(zhong)罩(zhao)(zhao)裝(zhuang)置結(jie)構如圖1所示。

　　對(dui)于傳統鐘罩式氣體流(liu)量標準裝置(zhi)，其(qi)流(liu)量范(fan)圍、壓(ya)力(li)范(fan)圍、溫(wen)度(du)范(fan)圍、信號(hao)接(jie)收方(fang)式等都是確定(ding)(ding)的(de)，稱之為固(gu)定(ding)(ding)工(gong)況。例如(ru)一套鐘罩裝置(zhi)，其(qi)流(liu)量范(fan)圍(0～6)m3/h;壓(ya)力(li)范(fan)圍(0～4)kPa;溫(wen)度(du)范(fan)圍:(202)℃;信號(hao)接(jie)收方(fang)式:電(dian)(dian)壓(ya)脈沖與(yu)(4～20)mA電(dian)(dian)流(liu)模擬(ni)信號(hao)等。對(dui)于當前檢(jian)測或科(ke)研(yan)工(gong)作中的(de)擴展需求，固(gu)定(ding)(ding)工(gong)況型鐘罩裝置(zhi)已(yi)經不能滿足要求。

　　1擴展需求

　　1.1流(liu)量(liang)范圍需求

　　對于一臺固定容(rong)積的(de)鐘罩裝置，其(qi)流(liu)量(liang)范圍(wei)是確定的(de)，包括流(liu)量(liang)上限與流(liu)量(liang)下(xia)限，它僅適用于流(liu)量(liang)范圍(wei)之(zhi)內的(de)被(bei)檢器檢測(ce)(ce)。對于流(liu)量(liang)上限過大或流(liu)量(liang)下(xia)限過小(xiao)的(de)被(bei)檢器，無(wu)法滿足檢測(ce)(ce)要求。

　　1.2壓力需求

　　當(dang)鐘罩(zhao)裝(zhuang)置(zhi)用于檢(jian)測氣體(ti)超聲(sheng)流量計(ji)、金(jin)屬管(guan)浮子流量計(ji)等高(gao)壓(ya)(ya)型(xing)被(bei)檢(jian)器時，往(wang)往(wang)需要裝(zhuang)置(zhi)提供更高(gao)的檢(jian)測壓(ya)(ya)力，否則被(bei)檢(jian)器可能(neng)工作不正常，此時非(fei)常高(gao)檢(jian)測壓(ya)(ya)力可能(neng)為(5～6)個大氣壓(ya)(ya)力需求(qiu)，而(er)傳統(tong)裝(zhuang)置(zhi)往(wang)往(wang)只有(0.03～0.04)個大氣壓(ya)(ya)力，顯然(ran)無(wu)法滿(man)足要求(qiu)。

　　1.3溫度需求

　　傳統鐘罩裝置的設(she)計理(li)論、組(zu)件及設(she)備配置，均(jun)適用在常溫狀態。當檢(jian)測氣(qi)體(ti)(ti)質量(liang)流(liu)(liu)量(liang)計等對溫度(du)(du)敏感的被檢(jian)器或開(kai)展某種特定溫度(du)(du)下(xia)的科學實驗，常溫型的鐘罩裝置顯然無法滿足(zu)工作要(yao)求。此(ci)時(shi)需(xu)要(yao)提供(gong)的氣(qi)體(ti)(ti)溫度(du)(du)可(ke)能遠遠偏離溫室，例如要(yao)求15℃下(xia)對某流(liu)(liu)量(liang)計進行示值誤差試驗時(shi)。

　　1.4信(xin)號接收方式(shi)需求表

　　除了常用的(de)(de)電壓脈沖與(4～20)mA電流(liu)模擬信(xin)號以外，還有很多儀(yi)表信(xin)號制式(shi);隨著計算(suan)機遠程(cheng)通訊及網絡技術的(de)(de)進步，各種現場總線甚至(zhi)無線信(xin)息傳輸(shu)的(de)(de)方式(shi)也應運(yun)而(er)生，因此必須增加新的(de)(de)信(xin)號接收(shou)裝置加以適應。

　　2設計思路

　　根據傳統鐘罩裝置(zhi)的流量范(fan)圍(wei)、壓力范(fan)圍(wei)、溫度范(fan)圍(wei)、信號接收方式，設計改進其中的一種(zhong)或幾種(zhong)，使(shi)其可以選擇的信號范(fan)圍(wei)和種(zhong)類更多(duo)，這稱之為可變工況。

　　例如，可以(yi)通過多個(ge)鐘罩(zhao)(zhao)并聯的方(fang)式解決流(liu)量范圍問(wen)題，稱之為(wei)并聯式鐘罩(zhao)(zhao)，如圖2所示。

　　傳統(tong)鐘罩裝置(zhi)(zhi)一般均為(wei)正吹(chui)法(fa)管(guan)線，如(ru)圖(tu)3所示;而反(fan)吹(chui)法(fa)管(guan)線設計方式可以實現增加裝置(zhi)(zhi)的(de)(de)上限壓力(li)，如(ru)圖(tu)4所示，兩(liang)者的(de)(de)氣(qi)流方向是相反(fan)的(de)(de)。

　　可以(yi)將正吹法、反吹法管線設計在同一套鐘罩裝置(zhi)上，即實現了可變的(de)試(shi)驗壓力范圍。如圖(tu)5所示，兩種(zhong)方法根據需要通過閥門手動或(huo)自動進行切(qie)換(huan)。

　　另(ling)外(wai)，可以通過(guo)增(zeng)加氣體溫度(du)調節組件(jian)的方式(shi)來實現溫度(du)可變調節，如(ru)圖6所示。

　　現(xian)場(chang)總(zong)(zong)(zong)線(Fieldbus)是(shi)近年(nian)(nian)來(lai)迅(xun)速發(fa)展起來(lai)的(de)(de)(de)一種(zhong)工業(ye)數據總(zong)(zong)(zong)線，它主要(yao)用(yong)于工業(ye)現(xian)場(chang)的(de)(de)(de)智能化儀(yi)器(qi)儀(yi)表與高級控(kong)制系統之(zhi)間的(de)(de)(de)信息傳遞問題。由于現(xian)場(chang)總(zong)(zong)(zong)線簡單、可(ke)靠、經濟實(shi)用(yong)，因(yin)而近年(nian)(nian)來(lai)在(zai)計(ji)算機(ji)和儀(yi)表廠商中得到了廣泛(fan)應用(yong)。可(ke)通過(guo)增加對(dui)現(xian)場(chang)總(zong)(zong)(zong)線信號的(de)(de)(de)支(zhi)持來(lai)擴展鐘罩裝置(zhi)的(de)(de)(de)應用(yong)。

　　3設計方案

　　3.1可變流量范圍(wei)設(she)計

　　鐘(zhong)罩(zhao)式(shi)氣體流(liu)量(liang)標準裝置的(de)流(liu)量(liang)上(shang)(shang)限主要取決于鐘(zhong)罩(zhao)本體容積的(de)大小，鐘(zhong)罩(zhao)本體一般(ban)有20L、50L、100L、200L、500L、1000L和(he)2000L等多(duo)種規格(ge)，每個鐘(zhong)罩(zhao)本體對應一個上(shang)(shang)限流(liu)量(liang)Qmax，具體見表1。

　　可以根(gen)據實際需要將不同(tong)流量上限(xian)的鐘(zhong)罩加以并(bing)聯(lian)組合，即成為并(bing)聯(lian)組合式鐘(zhong)罩氣體流量標(biao)準(zhun)裝置，從而(er)實現可變(bian)流量范圍，如圖(tu)7所示。

　　圖7為20L、100L、1000L三個(ge)規格的(de)(de)鐘罩的(de)(de)并(bing)聯組合，根據被檢(jian)器的(de)(de)工作量程，自(zi)動選擇合適的(de)(de)標準(zhun)器，可(ke)使(shi)流量量程比(bi)達到500∶1，適應高量程比(bi)的(de)(de)要(yao)求，極大提(ti)大檢(jian)測能力，節(jie)約經(jing)濟成本。

　　3.2可變壓力范圍設(she)計(ji)

　　壓(ya)力(li)參數(shu)是(shi)影響鐘(zhong)罩性能(neng)的(de)主要(yao)性能(neng)指標，為(wei)了有效增大(da)鐘(zhong)罩壓(ya)力(li)，可以設(she)計一種正(zheng)、反吹(chui)(chui)(chui)(chui)法(fa)(fa)鐘(zhong)罩裝置(zhi)(zhi)。如圖(tu)8所示，裝置(zhi)(zhi)集(ji)正(zheng)吹(chui)(chui)(chui)(chui)與反吹(chui)(chui)(chui)(chui)兩種方法(fa)(fa)于(yu)一身(shen)，其中正(zheng)吹(chui)(chui)(chui)(chui)法(fa)(fa)壓(ya)力(li)范圍(wei)為(wei)(0～4)kPa，反吹(chui)(chui)(chui)(chui)法(fa)(fa)的(de)壓(ya)力(li)范圍(wei)為(wei)(4～0.6)MPa，利(li)用正(zheng)吹(chui)(chui)(chui)(chui)與反吹(chui)(chui)(chui)(chui)兩種方法(fa)(fa)，可使鐘(zhong)罩壓(ya)力(li)范圍(wei)達(da)到(0～0.6)MPa，適(shi)應(ying)高(gao)壓(ya)力(li)比的(de)要(yao)求。圖(tu)8實際為(wei)一種自動(dong)控制(zhi)型正(zheng)、反吹(chui)(chui)(chui)(chui)鐘(zhong)罩裝置(zhi)(zhi)，通過預先設(she)定好(hao)正(zheng)吹(chui)(chui)(chui)(chui)法(fa)(fa)及反吹(chui)(chui)(chui)(chui)法(fa)(fa)檢測管線、信(xin)(xin)號補償部件、流量調(diao)節(jie)部件、壓(ya)力(li)源(yuan)及壓(ya)力(li)調(diao)節(jie)部件等，利(li)用開關閥切換管路或功能(neng)，然后(hou)通過系統(tong)軟(ruan)件控制(zhi)數(shu)據信(xin)(xin)息采集(ji)及部件動(dong)作，從而實現正(zheng)吹(chui)(chui)(chui)(chui)法(fa)(fa)和反吹(chui)(chui)(chui)(chui)法(fa)(fa)的(de)自動(dong)控制(zhi)選擇。

　　可變溫度(du)范(fan)圍設計

　　溫度(du)參(can)數(shu)也是影響鐘(zhong)罩性(xing)能的(de)(de)(de)主要性(xing)能指標(biao)，通過增(zeng)加氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)溫度(du)調節組(zu)(zu)件(jian)的(de)(de)(de)方(fang)式，設計一種可模擬介質(zhi)實(shi)際使(shi)用溫度(du)的(de)(de)(de)鐘(zhong)罩裝置(zhi)。它包括進(jin)(jin)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)組(zu)(zu)件(jian)和(he)(he)鐘(zhong)罩，進(jin)(jin)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)組(zu)(zu)件(jian)出口(kou)(kou)端連接有氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)調節組(zu)(zu)件(jian)，氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)調節組(zu)(zu)件(jian)包括氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)混(hun)合保(bao)溫器(qi)和(he)(he)分(fen)別與其連接的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)制冷(leng)器(qi)和(he)(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)加熱(re)器(qi)，氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)制冷(leng)器(qi)和(he)(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)加熱(re)器(qi)并聯、與進(jin)(jin)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)組(zu)(zu)件(jian)出口(kou)(kou)端連接，氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)混(hun)合保(bao)溫器(qi)出口(kou)(kou)端與鐘(zhong)罩之(zhi)間連接有被檢(jian)器(qi)接口(kou)(kou)，鐘(zhong)罩連接有排(pai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)組(zu)(zu)件(jian)。進(jin)(jin)入被檢(jian)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)流(liu)量計的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)與實(shi)際使(shi)用溫度(du)相(xiang)同(tong)，測(ce)量接近實(shi)際，提高檢(jian)測(ce)準(zhun)確性(xing)，檢(jian)測(ce)數(shu)據更可靠，具體(ti)(ti)實(shi)現如圖(tu)9所示(shi)。

　　注意:圖(tu)9中的兩個擴展應(ying)用(yong):一是鐘罩位(wei)置換成(cheng)氣(qi)體(ti)標準表(biao)或音速噴嘴時，即(ji)改變了(le)(le)裝置的標準器類型;增(zeng)加521－真(zhen)空泵進氣(qi)閥設計后，即(ji)變成(cheng)了(le)(le)負壓法氣(qi)體(ti)裝置，可(ke)節約運(yun)行成(cheng)本。

　　3.4可變信號(hao)接收模式設計

　　鐘罩式(shi)氣體流(liu)量(liang)標準裝置可檢測被(bei)檢器種類大致或分(fen)為三類，要求裝置具備不同的信號接收和處理能(neng)力(li)。

　　(1)無(wu)信號輸出類，應用于指(zhi)針式(shi)或直讀式(shi)氣體流(liu)量(liang)計(ji)，如(ru)無(wu)補償(chang)型渦(wo)輪或羅茨流(liu)量(liang)計(ji)、分流(liu)旋翼型蒸汽流(liu)量(liang)計(ji)等(deng)。裝置可采用人工(gong)啟停時(shi)間(jian)接(jie)收、高速攝像的方(fang)法(fa)，配合專用處(chu)理軟件來實現。

　　(2)脈(mo)沖輸出類(lei)，包括電壓脈(mo)沖、電流脈(mo)沖、高頻脈(mo)沖、低(di)頻脈(mo)沖、光電脈(mo)沖、開(kai)關信號等，應用于大部分種類(lei)的氣體流量計(ji)，如渦(wo)輪流量計(ji)、超聲流量計(ji)等。

　　(3)模(mo)擬輸(shu)出類，包括電流(liu)模(mo)擬(常用(yong)(0～10)mA、(0～20)mA)、電壓模(mo)擬(常用(yong)(0～5)V、(1～5)V)等，應(ying)用(yong)于(yu)各(ge)類工作級氣體流(liu)量(liang)計，如(ru)渦街(jie)流(liu)量(liang)計、熱式質(zhi)量(liang)流(liu)量(liang)計，金(jin)屬管浮子流(liu)量(liang)計等。

　　(4)現場(chang)總線(xian)(xian)輸出類(lei)(lei)，包括Profibu、Modbus、FoundationFieldbus等多種，應(ying)用(yong)于(yu)種類(lei)(lei)現場(chang)總線(xian)(xian)控(kong)制型(xing)氣體流量(liang)計。

　　(5)無(wu)線射頻信號類(lei)，應用于遠程(cheng)抄表或控制的(de)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)流量計(ji)，如(ru)皮(pi)膜燃氣(qi)(qi)(qi)表、超聲燃氣(qi)(qi)(qi)表等。

　　(6)綜合類，即包(bao)含上(shang)述(1)～(5)兩種或(huo)兩種以上(shang)信(xin)號類型的氣體流量計。

　　通(tong)過對傳統(tong)(tong)鐘罩裝置的控制系統(tong)(tong)進行開(kai)發，實現對所需信(xin)號(hao)類型的接收和(he)處理支(zhi)持。

　　4結束語

　　鐘(zhong)罩式(shi)氣體(ti)流(liu)(liu)量(liang)(liang)標準裝(zhuang)置(zhi)應用廣泛(fan)，是氣體(ti)流(liu)(liu)量(liang)(liang)行業(ye)主(zhu)要的標準計(ji)量(liang)(liang)器具。然而(er)隨著(zhu)新技術(shu)新需求(qiu)的出(chu)(chu)現，有必(bi)要對(dui)傳統(tong)鐘(zhong)罩裝(zhuang)置(zhi)進行技術(shu)改(gai)進或改(gai)造才能適用需求(qiu)。筆者(zhe)從實際出(chu)(chu)發，提出(chu)(chu)可(ke)變工況(kuang)型鐘(zhong)罩式(shi)氣體(ti)流(liu)(liu)量(liang)(liang)標準裝(zhuang)置(zhi)的設(she)計(ji)理念，提出(chu)(chu)了(le)流(liu)(liu)量(liang)(liang)范圍(wei)(wei)、壓力范圍(wei)(wei)、溫度范圍(wei)(wei)、信號接(jie)收方(fang)式(shi)等(deng)方(fang)面的技術(shu)創新與(yu)改(gai)進方(fang)案，能夠滿足企事業(ye)單位實驗室、第三方(fang)技術(shu)機構的檢測(ce)及科研(yan)需求(qiu)。

　　儀器儀表是工業(ye)化(hua)進程的(de)(de)基石，只有選用工業(ye)現場選用合適的(de)(de)儀表，才能夠(gou)事半功倍，自(zi)動化(hua)流程才能夠(gou)更加(jia)自(zi)動化(hua)。