活塞式动态气体流量发生器的设计
来源：未知
发布日期：2020-04-07 09:29【大 中 小】
气体流量计的动态性能反映了流量计在动态工作 过程中的稳定性和精度，流量计实际的运行环境可能 时刻都在变换，动态性能好的流量计在应对瞬间变换 的苛刻环境时稳定性更好、精度更高。因此，对气体 流量计动态性能测试装置的研究就显得尤为重要。由 于温度、压力对气体密度的影响很大，目前对气体流 量计动态性能的分析大多集中在理论上，利用活塞装 置作为动态气体流量发生器的研究报道不多。
基于以上研究现状，提出了一种活塞式动态气体 流量发生器。装置由伺服或步进电机驱动，可以灵活 地调整运行速度，从而产生输出流量随时间变化的动 态流量。北京中惠普分析技术研究所拟结合仿真研究和实验验证等手 段，开展活塞式动态气体流量发生器的研究，为评价气体流量计的动态性能提供具有稳定输出的动态气体流量发生源。
装置原理与结构
SPH-300氢气发生器，活塞式动态气体流量发生器的工作原理: 利用临界流喷嘴的临界流特性，通过改变活塞的运动速度使 喷嘴的滞止压力发生变化，从而产生动态气体流量。
AMESim 实验研究
活塞的速度和质量流 量与系统在 t 时刻的温度、压力有关。要得到正弦振 荡时动态气体流量，还必须要知道该系统在 t 时刻的 温度、压力值，才能唯一确定活塞的速度值。由于活 塞系统是一个容积可变、温度可变、压力可变、热交 换面积可变的复杂系统，试图通过其数学模型求解出 活塞速度和质量流量之间的关系非常困难。为此，拟 结合仿真研究，设计出活塞式动态气体流量发生器。基于临界流喷嘴的临界流特性，通过改变活塞的 速度，使临界流喷嘴输出动态气体流量。在仿真模型 中引入闭环控制，在节流孔输出端接入质量流量传感 器作为反馈信号。
导出仿真结果中活塞速度的数据，通过控制器实 现相应速度的控制，观察活塞式动态气体流量发生器 输出的动态气体流量，对比仿真结果，验证方案的可行性和仿真结果的可信度。
基于 DSP 的控制系统的设计
活塞式动态气体流量发生器的控制器选用 DSP 作为核心处理芯片，DSP 芯片选用 TI 公司面向运动 控制、数字控制领域开发的产品 TMS320F2812。其控 制对象为伺服电机和控制进、出气口开闭的电磁阀; 信号通过温度、压力变送器、伺服电机编码器以及接 近开关来采集。
控制系统软件设计
选用 LabVIEW 作为上位机软件开发环境，编写 活塞式动态气体流量发生器的上位机控制程序。活塞 式动态气体流量发生器上位机软件设计包括 SCI 通信 的参数配置，实现上、下位机的正常通信; 上位机数 据下发，包括控制指令下发，实现对装置的控制; 读 取下位机上传的数据，进行数据处理和数据实时显 示; 记录实验数据，方便数据管理等。
实验研究与分析
将活塞速度值存入DSP控制器，编写控制程序，从而实现对活塞的速度控制。运行正弦波流量输出控制程序。
结语
北京中惠普分析技术研究所设计了一种活塞式动态气体流量发生 器，以便对气体流量计的动态特性进行测试和评价。 结合 AMESim 仿真得到装置输出动态气体流量所对应 的活塞速度，避免了繁琐的理论推导。用基于 DSP 的专用控制器代替传统的 PLC 控制器，提高了控制 器对高性能电机的控制能力和控制系统的实时性。由 于时间和条件有限，装置还有待展开更深入的研究。
