氣體流量計是較為常用的儀表設(shè)備。鐘罩式氣體流量標準裝置是以空氣作為介質(zhì)，對氣體流量計進行檢定、校準和檢測的計量標準裝置。主要適用于速度式、容積式和差壓式等氣體流量計的檢定、校準和型式評價工作，也可用于氣體流量測量的研究工作。本文基于C8051F350單片機，改造現(xiàn)有的鐘罩裝置，設(shè)計一種氣體流量計檢測儀。

　　氣體流量計檢定技術(shù)概述

　　目前，氣體流量計的檢定方法廣義上可分為直接測量和間接測量兩種。

　　直接測量法的是用實際流體進行計量檢定，其具體定義為用標準裝置（標準流量計或計量器具）與被測流量計串聯(lián)，通過比較兩者測得流體的累積流量值，得出被測流量計測量誤差的方法。實流檢測法具有檢定環(huán)境與工況環(huán)境一致、流量值準確可靠和真實反映被測流量計計量特性的特點。實流檢測法又可分為離線實流檢測和在線實流檢測。離線實流檢測主要在實驗室進行，就是將被檢流量計與實驗室的流量標準裝置相串聯(lián)，在實驗室參比條件下測得流量計計量誤差，此方法可保證在實驗室條件下的計量準確，但忽視了其在工況條件下的計量特性。在線實流檢測則是將標準流量計安裝在被測流量計后方的預(yù)留檢定管路上，利用實際流體進行計量，現(xiàn)場在線檢測獲得實際工況誤差。

　　間接測量法是通過測量與流量值的相關(guān)的幾個物理量，通過對幾個相關(guān)物理量誤差的運算，間接地獲得被測流量計示值誤差的一種方法。

　　氣體流量計檢測儀原理

　　鐘罩裝置的工作原理

　　鐘罩式氣體流量標準裝置是氣體流量標準裝置主要形式之一。在壓力不高（一般小于10kPa）、流量不大的情況下，用它檢定流量計是比較簡便的。該裝置按氣流方向可分為排氣式和進氣式。其特點是：①它適合檢定壓力不高、流量不大的氣體流量計；②排氣式裝置中，流經(jīng)被檢流量計的氣體壓力很低，接近于大氣壓，而且氣體濕度很高，對檢定的結(jié)果造成影響，因此必須有濕度修正；③進氣式裝置需要一個干燥和穩(wěn)定的氣源，保證檢定用氣體的干度符合規(guī)定要求，并保證試驗管段的氣流壓力、溫度和流量恒定，這就使建立進氣式裝置比建立排氣式裝置困難；④由于鐘罩的內(nèi)壓只決定于本身的重力、配重物的重力、液體浮力和補償機構(gòu)的拉力，所以不管是排氣式還是進氣式，內(nèi)壓是不變的。

　　鐘罩的標準體積是通過測量鐘罩的位移得到的，鐘罩位移的自動測量是該檢測儀（鐘罩裝置）的重要部分。光柵尺是高精度的位移測量元件，在精密儀器、高精度精密加工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，將光柵尺用于檢測儀，作為鐘罩量筒的位移傳感元件，能精確對應(yīng)鐘罩的體積量。檢測儀的原理是當(dāng)鐘罩下降時，鐘罩內(nèi)氣體通過連接管路流經(jīng)被檢流量計，在鐘罩下降同時通過光柵尺將鐘罩下降的高度轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號，經(jīng)硬件接口電路調(diào)理后傳送給計算機，計算機經(jīng)過補償修正等運算處理，將其轉(zhuǎn)換成氣體標準體積或者體積流量。另外，標定后的檢測儀設(shè)有擋板和光電傳感器，鐘罩兩擋板之間的容積是固定的，擋板先后通過光電傳感器所經(jīng)歷的時間可測得，也可得到排出氣體的標準體積或體積流量。將所測值與被檢流量計指示的體積或流量的比較，就可得到被檢流量計的基本誤差。

　　流量計算公式

　　在測量時間t內(nèi)鐘罩排出的氣體體積為VS，則經(jīng)過被校流量計的體積流量

　　式（1）中，PS、TS 、 ZS分別為鐘罩內(nèi)的絕對壓力（Pa）、熱力學(xué)溫度（K）和氣體壓縮系數(shù)； Pm、Tm、 Zm分別為流量計前的絕對壓力（Pa）、熱力學(xué)溫度（K）和氣體壓縮系數(shù)； Vs為鐘罩排出的在PS、 TS 狀態(tài)下的氣體容積（m3）； Vm為鐘罩排出的在Pm、 Tm狀態(tài)下的氣體容積（m3）； t為測量時間（s）。

　　將 （qv）s與被校流量計的顯示值（qv）m比較，可計算出被校流量計示值相對誤差為：

　　對于速度式流量計，是通過鐘罩裝置排出的標準體積及被校流量計輸出的脈沖數(shù)來標定流量計的儀表系數(shù)。

　　氣體流量計檢測儀基本結(jié)構(gòu)

　　氣體流量計檢測儀以C8051F350單片機為核心，監(jiān)控所有被測量，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 氣體流量計檢測儀結(jié)構(gòu)圖

　　為了保證鐘罩內(nèi)的氣溫和液槽內(nèi)的液體溫度之差符合規(guī)定要求，應(yīng)嚴格控制檢測儀的溫度，故設(shè)置了五個采溫點，另增加溫度濕度傳感器，監(jiān)視現(xiàn)場檢定環(huán)境。檢測儀監(jiān)測的所有信號如下：①鐘罩，五路溫度包括罩頂溫度、罩內(nèi)上、中、下溫度、液溫；②被檢流量計，流量計檢定前溫度、壓力、差壓、模擬流量計信號；③環(huán)境，室溫、濕度；④脈沖信號，鐘罩光柵尺、擋板、限位、脈沖式流量計信號。

　　氣體流量計檢測儀硬件設(shè)計

　　氣體流量計檢測儀硬件部分由單片機、通訊、閥門控制和電壓轉(zhuǎn)換等電路構(gòu)成，受計算機控制，完成各項檢定指令，并實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集和高精度計時等功能。