摘要：按照CJ/T187—2013《磁翻柱液位計(jì)》中對(duì)磁翻柱液位計(jì)各項(xiàng)性能指標(biāo)及其試驗(yàn)方法的要求，設(shè)計(jì)了一套測(cè)試系統(tǒng)對(duì)磁翻柱液位計(jì)的熱工性能進(jìn)行智能化測(cè)試。該測(cè)試系統(tǒng)具有自動(dòng)化、高效、高精度等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)磁翻柱液位計(jì)熱工性能測(cè)試的全程自動(dòng)化，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)磁翻柱液位計(jì)熱效率和熱負(fù)荷準(zhǔn)確度項(xiàng)目的同步檢測(cè)，極大的提高了測(cè)試效率，節(jié)約了測(cè)試成本，去除了傳統(tǒng)測(cè)試過(guò)程中人工參與所帶來(lái)的不確定性和測(cè)試復(fù)現(xiàn)性差等問(wèn)題。

 

磁翻柱液位計(jì)具有火力集中、加熱速度快等特點(diǎn)，決定了它在使用時(shí)必將消耗大量的燃?xì)饽茉?，而?jié)能減排是當(dāng)今zui為熱門的話題之一，如何科學(xué)、準(zhǔn)確的測(cè)量磁翻柱液位計(jì)的效率，研制出高效、準(zhǔn)確的磁翻柱液位計(jì)性能自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，減少并避免外在因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，使得到的磁翻柱液位計(jì)熱效率更具有科學(xué)性、公正性具有重要意義。

CJ/T187—2013《磁翻柱液位計(jì)》（以下簡(jiǎn)稱CJ/T187）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)磁翻柱液位計(jì)各項(xiàng)性能指標(biāo)及其試驗(yàn)方法有明確規(guī)定，其中規(guī)定方法中對(duì)水溫、水壓的恒定有極高的要求。由于磁翻柱液位計(jì)的工作原理是將水加熱至沸騰而產(chǎn)生蒸汽在相對(duì)密閉的空間加熱食物，所以其耗水量低，如何實(shí)時(shí)采集和計(jì)算，并精準(zhǔn)判斷磁翻柱液位計(jì)的熱平衡狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量其消耗的水量是研究設(shè)計(jì)磁翻柱液位計(jì)熱工性能自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。

1國(guó)內(nèi)外研究情況

磁翻柱液位計(jì)等商用燃?xì)庥镁呤俏覈?guó)烹飪用的獨(dú)特燃?xì)饩弋a(chǎn)品，在國(guó)外極少使用。通過(guò)對(duì)磁翻柱液位計(jì)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中熱效率測(cè)試方法的分析比較，CJ/T187中規(guī)定的磁翻柱液位計(jì)的熱效率、熱負(fù)荷準(zhǔn)確度等性能指標(biāo)的測(cè)試方法較為客觀準(zhǔn)確。

經(jīng)調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)外沒(méi)有儀器設(shè)備生產(chǎn)廠商對(duì)磁翻柱液位計(jì)性能測(cè)試設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，相關(guān)檢測(cè)技術(shù)機(jī)構(gòu)對(duì)CJ/T187中規(guī)定的熱效率測(cè)試方法也理解各異，目前均采用自制或委外加工的方式制作一些簡(jiǎn)單的、自動(dòng)化程度較低的測(cè)試設(shè)備，主要還是依靠人工來(lái)判別和讀取各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)，存在測(cè)試結(jié)果波動(dòng)較大、測(cè)試效率和準(zhǔn)確率低等問(wèn)題，使得檢測(cè)結(jié)果存在人為因素影響，其重復(fù)性和復(fù)現(xiàn)性差，嚴(yán)重影響了測(cè)試的科學(xué)性、公正性、準(zhǔn)確性和可比性。

由于上述因素的存在，使得各企業(yè)在組織磁翻柱液位計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)時(shí)無(wú)據(jù)可依，無(wú)形中加大了出現(xiàn)高耗能不合格產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)國(guó)內(nèi)的檢測(cè)技術(shù)機(jī)構(gòu)也迫切需要一套高效、準(zhǔn)確的磁翻柱液位計(jì)性能自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，研究采用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)熱效率的自動(dòng)化測(cè)量，消除人工測(cè)試誤差大、效率低等問(wèn)題，提高測(cè)試的科學(xué)性、公正性、準(zhǔn)確性和可比性已迫在眉睫。

 

2設(shè)計(jì)思路

通過(guò)對(duì)CJ/T187中磁翻柱液位計(jì)各項(xiàng)性能指標(biāo)的規(guī)定及其試驗(yàn)方法進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)實(shí)際測(cè)試過(guò)程中當(dāng)供水為小流量時(shí)，由于增壓泵葉輪與水的阻力增大，會(huì)導(dǎo)致水溫變化超過(guò)0.5℃，而水溫變化會(huì)是影響結(jié)果的關(guān)鍵因素。因此，如何解決測(cè)試時(shí)供水溫度變化要求小于0.5℃是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本系統(tǒng)擬采用智能控制技術(shù)控制磁翻柱液位計(jì)性能自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的補(bǔ)水溫度恒定，采用改良后水溫傳感器連續(xù)采集系統(tǒng)補(bǔ)水溫度，在供水后端增加一個(gè)通路，一旦發(fā)現(xiàn)供水水溫有異常波動(dòng)，及時(shí)采取控制措施將超過(guò)限制的水引出。

徹底摒棄CJ/T187標(biāo)準(zhǔn)第7章試驗(yàn)方法中采用增壓水泵、水穩(wěn)壓閥和穩(wěn)壓電源保持補(bǔ)水壓力恒定的方式，使用變頻和PID閉環(huán)控制磁翻柱液位計(jì)性能自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的補(bǔ)水壓力恒定，并在系統(tǒng)中增加一個(gè)水壓緩沖器，通過(guò)數(shù)字控制技術(shù)判斷水壓的細(xì)微變化并不斷調(diào)節(jié)壓力以使壓力恒定。然后依據(jù)PT100鉑電阻自身特性，在感溫部件外部敷銅合金材料，并根據(jù)溫度傳感器采集數(shù)據(jù)的頻次，使用合適采集數(shù)據(jù)的算法，促使其感知水溫急速變化時(shí)的特性與水銀溫度計(jì)一致。

優(yōu)化數(shù)據(jù)采集模塊，使多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)同步實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)計(jì)算。在確定系統(tǒng)恒溫恒壓設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，完成磁翻柱液位計(jì)性能自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)、加工制作與調(diào)試。本系統(tǒng)主要采用智能變頻控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)水溫度恒定，通過(guò)在供水后端增加一個(gè)通路，一旦監(jiān)測(cè)到供水水溫有異常波動(dòng)，系統(tǒng)能夠及時(shí)采取控制措施將超過(guò)溫度限制的水排出，從而確保磁翻柱液位計(jì)補(bǔ)水溫度的恒定。

 

3硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

硬件系統(tǒng)主要由高精度燃?xì)饬髁坑?jì)、壓力表、壓力傳感器、溫度傳感器等數(shù)據(jù)采集部分，補(bǔ)水變頻恒壓控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門、主控模塊以及顯示單元組成，形成閉環(huán)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

 

系統(tǒng)采用智能變頻控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)水溫度恒定，在供水后端增加一個(gè)通路，一旦監(jiān)測(cè)到供水水溫有異常波動(dòng)，系統(tǒng)能夠及時(shí)采取控制措施將超過(guò)溫度限制的水排出，從而確保磁翻柱液位計(jì)補(bǔ)水溫度的恒定。

 

4軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

軟件系統(tǒng)利用VisualStudio軟件工具編程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)分析磁翻柱液位計(jì)在性能試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種工況，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)。由計(jì)算機(jī)根據(jù)采集的各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別磁翻柱液位計(jì)的熱平衡狀態(tài)和完整的補(bǔ)水周期，并根據(jù)自動(dòng)采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)計(jì)算磁翻柱液位計(jì)的熱效率，保存和打印測(cè)試報(bào)表。

 

5結(jié)論

本測(cè)試系統(tǒng)創(chuàng)新使用氣體增壓、多級(jí)增壓與緩沖器結(jié)合的方式，在水溫采集中不完全依靠溫度傳感器，而是通過(guò)改變溫度傳感器的外部結(jié)構(gòu)，使之與水銀溫度計(jì)的溫度特性一致，更符合水溫變化時(shí)的測(cè)量要求，通過(guò)抵消水流量變化帶來(lái)的壓力變化和水溫變化實(shí)現(xiàn)磁翻柱液位計(jì)熱工性能的智能化測(cè)試。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，減少人為操作、降低人為因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，實(shí)時(shí)采集實(shí)時(shí)計(jì)算，能夠精準(zhǔn)判斷磁翻柱液位計(jì)的熱平衡狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)熱效率和熱負(fù)荷準(zhǔn)確度的同步測(cè)量，并實(shí)時(shí)保存數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，形成測(cè)試結(jié)果報(bào)表。該系統(tǒng)適用于生產(chǎn)企業(yè)對(duì)磁翻柱液位計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量把控及技術(shù)研究，具有廣闊的應(yīng)用前景。