專利名稱：機電一體化的無損流量測定裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種生產過程自動控制的基本裝置，具體地說，涉及一種機電一體化的無損流量測定裝置，屬于現代測試技術領域。
流量是基本的熱工參數，是許多工業生產裝置中主要的監測參數之一。許多科學研究項目、工藝過程和工程設計都要依靠對流體流量的測試來提供重要數據，在石油、化工、能源、建材、治金、機械等許多行業中都是如此。現在，不少流量測試儀表結構復雜、另件精密、價格昂貴，維護工作量大。相對比較，孔板差壓流量計的結構稍為簡單些，在多數工礦企業采用這種流量計來測定各種工業流程中的介質流量。
圖1是其原理簡圖。圖中1是管道，2是流孔板(通常為帶中心孔的園盤)，3是差動壓強變換器，4是介質中高壓強區域，5是介質中低壓強區域，箭頭6表示介質流動方向，箭頭7表示等于流體流量的輸出電壓或電阻值。由于這是在流體流動的途經中放置障礙物，造成流體壓強在其前后發生變化，再用差動壓強變換器進行測算而得出流體的流動速率或流量的。因此，這種流量計造成了不必要的能量耗損。而且，其他一些二次阻流測量儀表，如文氏流量計、噴嘴流量計和變截面流量計等都存在這種缺陷。
本發明的目的是提供一種根據常規的物理學原理，利用流體的物理特性而設計的機電一體化的無損流量測定裝置裝置。
本發明是包括有裝置計算機，分布式就地工業控制界面“RTU”，裝在生產流程裝置中需要監測的各個不同部位的若干個壓力傳感器和溫度傳感器組成的數據采集單元群以及相應的傳輸連接裝置等形成硬件結構裝置設備和在系統計算機的內存中存儲有能根據測定的壓力和溫度值來進行計算相應流量的實時數據處理的程序和數據所形成的軟件兩部分。
圖2是本發明的硬件結構裝置設備配置圖。圖中8是裝置計算機，9是多個分布式就地工業控制界面“RTU”。10是數據采集單元群，其中P是壓力傳感器，T是溫度傳感器。11是傳輸電纜及連接裝置。裝置計算機通過串行通訊接口與工業控制介面(RTU)相連，工業控制界面(RTU)就近安置在被測裝置的附近，數據采集單元群的各個成員則裝在需要監測的各個位置上，并與就近的RTU相連。裝置計算機8配置有控制鍵盤KEY和輸出打印機PRT。
隨著科學技術的發展，新技術革命將把人類社會從工業化社會推進到信息化社會，目前常規的各種機械和工業裝置都將鏈入以微計算機為基礎的信息系統中去。所以，今后重要的工業生產裝置必須安裝用于實時控制的計算機8和分布式的就地工業控制界面“RTU”9，這兩種設備也都是市場上可以隨意選購的標準化的通用商品。而在一般的工藝流程中的關鍵部位，都安裝有監測壓力和溫度的測試儀表。對于本發明的硬件配置，則除在原有的敏感壓力和溫度兩個變量狀態的地方以外，還在工藝流程中需要監測流量特征的地方，也配置上敏感壓力、溫度等變量的傳感器，并且將這些傳感器全部改為如專利申請CN8910所述的機電一體化的數據采集單元-利用半導體器件技術制造的集成化的傳感器和與其相對應的輸入模塊兩部分組成，傳感器通過電纜和標準接插件與插入標準的工業控制界面“RTU”的輸入模塊連接，以便將敏感到的物理信號轉換成工業控制計算機能夠接收處理的輸入信息。這些分布安裝的多個傳感器構成數據采集單元群10，其輸入模塊都就近安排插在鄰近的一個分布式就地工業控制介面(RTU)9中的插槽里，組成裝置控制計算機8的各個輸入外圍設備。上述這些形成裝置的硬件設備配置。
由于流體介質的不同，其物理特性也有不同的差異。但對于同一個介質而言，它的各個物理狀態變量之間都存在著一定的內在聯系。例如，對于氣體介質，表征氣體平衡狀態的三個參量壓強P、氣體所占的的體積V和溫度T之間就存在著被稱為氣體的狀態方程的關系式。一定質量氣體的每一個平衡狀態可以用一組(P、V、T)的量值來表示和確定。這樣，在氣體介質的流率是不變的條件下，只要知道其壓強和溫度兩個狀態變量的參數，就能測算出相應氣體體積。而現代微計算機所具備的運算速度高和實時處理響應的功能為我們的發明創造提供了物質基礎條件我們可以只要敏感測試壓力和溫度這兩個狀態變量，就可以測算出氣體介質的流量來！同樣，對于液體介質的流體，也能用類似的辦法間接地無損耗地測算出其流量來。而這些測試和計算工作則由系統計算機內存中存儲的能根據測定的壓力和溫度值來進行計算相應流量的實時數據處理的程序和數據來完成之。
在使用以前，首先應對整個裝置進行標定。標定時，先在該流程中安裝標準的流量計量儀表，在測試裝置的全部流量復蓋范圍內，從最小到最大逐漸改變其流量，作動態測試。并將標準的各個參數值同時輸入計算機存儲。經過一個標定循環后，經計算機的數據處理和分析，就測得該流程的若干個特征參數，并將其存入裝置的數據庫中供以后測試轉換時調用。這些特征參數經過一定的時間(一年或幾年進行一次)還需定期校正和檢驗。實際運行時，計算機不斷地對流程裝置的各項參數進行實時采集和處理，上述數據采集單元群所敏感到的壓力、溫度等參數亦在采集和處理的范圍內，再輔以流量特征參數構成流量計算模型，就可直接完成裝置中的流量實時測定工作，根本不需要在裝置的管道中間設置用于測試的障礙物，所以不會產生能量的損耗。
本發明充分運用當前以微電子技術和微型計算機為代表的信息產業的技術優勢，采集單元機電一體化，沒有附加的壓力損耗，有利于節能省電，采集單元只承擔敏感和傳遞基本物理參數，其他高級處理工作均由計算機完成，這樣，使得硬件結構大大簡化，可以省略專門的流量計量儀表并簡化原來工藝流程中相應的測試流量的裝置，使維護工作也顯著減少。而微機的工作特點使得測試能夠連續化、自動化，并且精度高、響應快、耗能少，和具有“人工智能”管理的特性。再者，本發明的硬件具有很強的通用性和兼容性，而軟件則需針對每個特定的流程工藝而具體設計和標定。實際上硬件裝置的裝置計算機和RTU是已經配置好的，只需要補充若干測試數據采集單元就可以構成本發明的硬件組成了。
權利要求
1.一種機電一體化的無損流量測定裝置，其特征包括有裝置計算機、分布式就地工業控制界面(RTU)、裝在生產流程裝置中需要監測的各個不同部位的若干個壓力傳感器和溫度傳感器組成的數據采集單元群以及相應的傳輸連接裝置構成硬件設備裝置；其中裝置計算機通過串行通訊接口與工業控制界面(RTU)相連，工業控制界面(RTU)則就近安置在被測裝置的附近。
2.如權利要求1所述的無損流量測定裝置，其特征是裝置計算機的內存中存儲有在流程有關部位的壓力和流量特征參數和能根據測定的壓力與溫度值來計算相應流量的實時數據處理的程序和數據。
全文摘要
一種機電一體化的無損流量測定裝置是由裝置計算機、分布式就地工業控制界面“RTU”、數據采集單元群和傳輸連接裝置等硬件和相應的實時數據處理的程序和數據所形成的軟件兩部分組成。可以省略專門的流量計量儀表并簡化原來工藝流程中相應的流量測試裝置，管道里也沒有附加的壓力損耗，節能省電，而且可以連續、自動地實時測試，精度高，響應快，具有“人工智能”特性，維護工作也顯著減少。
文檔編號G01F1/86GK1050438SQ8910714
公開日1991年4月3日 申請日期1989年9月20日 優先權日1989年9月20日
發明者石行, 尤裝 申請人:北京市西城新開通用試驗廠