CN106706046B - 航空多介质流量校准方法及其校准*** - Google Patents

航空多介质流量校准方法及其校准*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种航空多介质流量校准方法，该方法主要包括以下步骤：将介质温度以固定间隔调节，重复测量，获得多个温度点下的流量传感器频率与流量的对应曲线族；通过数学公式拟合试验点的方式，将多组数据曲线拟合为一个以X为温度，Y为流量传感器频率值，Z为实际流量的空间曲面；将该曲面进行归一化处理，总结为一个以温度及传感器频率为输入，以流量值为输出的公式；实际测量时，通过测量介质温度及流量传感器频率，通过所获得的公式进行计算，获得需要测量的流量值。本发明具有较强的抗干扰性能，能够直接在现场开展流量校准工作，校准效率更高。

Description

航空多介质流量校准方法及其校准***
技术领域
本发明属于一种流量测量***，尤其是一种利用叶轮式传感器在不同介质温度下进行多种航空油料介质流量校准***及其校准方法。
背景技术
现有的航空多介质流量校准***，采用固定脉冲数计时的方式测量频率，在校准过程中，其需要将被测介质温度调节至已知参数的温度点附近再进行校准，同时对校准结果不进行温度影响量修正。因此现有的航空多介质流量校准***存在需良好的试验环境，并只能在特定温度进行流量校准的缺点。
发明内容
本发明为解决现有测试方法需良好的试验环境，并只能在特定温度进行流量校准的缺点，而提供一种具有更高精度的现场型全温度范围的航空多介质流量校准***及其校准方法。其具有较强的抗干扰性能，能够直接在现场开展流量校准工作，校准效率更高。
本发明的技术解决方案是：本发明为一种航空多介质流量校准方法，其特殊之处在于：该方法包括以下步骤：
1)将被测介质温度调节至温度t1；
2)通过体积法精确测量实际流量L1，并获得介质温度t1、流量L1时，流量传感器的频率值f1；
3)在介质温度保持t1的情况下，重复步骤2)，获得多个频率——流量对应关系点，构成一条在温度t1时的流量传感器频率与流量的对应曲线；
4)将介质温度以固定间隔调节至t2，t3等，重复步骤1)-3),获得多个温度点下的流量传感器频率与流量的对应曲线族；
5)通过数学公式拟合试验点的方式，将多组数据曲线拟合为一个以X为温度，Y为流量传感器频率值，Z为实际流量的空间曲面；
6)将该曲面进行归一化处理，总结为一个以温度及传感器频率为输入，以流量值为输出的公式；
7)实际测量时，通过测量介质温度及流量传感器频率，通过步骤6)所获得的公式进行计算，获得需要测量的流量值。
上述步骤6)中在使用滑油、航空燃油时，流量计算公式分别为：
L滑油＝f*((f2+18500*f)*t2.53*10-9)/615(t>35℃,t<80℃)；
L航空燃油＝f*((f2+23500*f)+154300)*(t-4)1.43*10-9)/723(t>10℃,t<70℃)；
其中,L滑油,L航空燃油分别为采用滑油和航空燃油两种介质时的流量，单位mL/min，f为测得的频率信号，t为介质温度。
一种实现上述的航空多介质流量校准方法的***，其特殊之处在于：该装置包括温度传感器、流量传感器、测温电路、测频电路和中央处理器，温度传感器通过测温电路接入中央处理器，流量传感器通过测频电路接入中央处理器。
上述测频电路包括数据载入电路、数据读出电路、脉冲数计数器、振荡个数计数器、溢出位、恒温晶振、数据载入接口和数据读出接口，数据载入接口通过数据载入电路接入脉冲数计数器，恒温晶振通过单刀双掷开关与振荡个数计数器连接，脉冲数计数器和溢出位通过与门与单刀双掷开关连接。
上述脉冲数计数器和振荡个数计数器均为64位计数器。
上述数据载入电路、数据读出电路均为串进并出移位电路。
上述恒温晶振为50M低温漂晶振。
上述流量传感器与测频电路之间还接有模拟滤波电路，模拟滤波电路包括低通滤波器和光电隔离电路，流量传感器依次通过低通滤波器和光电隔离电路接入测频电路。
本发明提供的航空多介质流量校准***，采用FPGA可编程逻辑列阵设计出高精度频率测频电路，可实现全范围内高精度等间隔测量，经测试，使用本发明，抗干扰性能完全满足现场复杂电磁条件下的使用需求，测量精度较现有测试方法精度提升10倍以上，可广泛应用于各种介质油品的试验台流量校准过程中，大大提高流量校准精度及效率。本发明提供的航空多介质流量校准方法在流量算法方面，针对原有方式只能在特定温度点上完成流量计算的弊端，独创曲面换算算法，将传感器在不同的介质温度下，不同的流量范围内的流流—频率换算关系，做出了更加贴近真实的数学描述，解决不同温度下的流量换算问题。
附图说明
图1为本发明的***框图；
图2为本发明的测频电路的结构框图；
图3为本发明方法的数据换算曲面；
图4为本发明方法的中间点拟合示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明的装置包括温度传感器、流量传感器、测温电路、测频电路和中央处理器，温度传感器通过测温电路接入中央处理器，流量传感器通过测频电路接入中央处理器。
测频电路前级还可采用抗干扰性较强的模拟滤波电路，可大幅改善仪器的电磁兼容能力及抗干扰性能，该部分电路前级具有低通滤波器，后级采用光电隔离电路，经过该电路，可有效滤除工频及射频干扰，并可有效保护下一级测频电路部分，使本仪器在现场工作的稳定性大大提高。
测频过程分为粗测和精密测量两部分，粗测由单片机以单脉冲周期法进行粗略测量，在全范围内达到0.5％的测量精度即可，该部分以现有技术易于实现，粗测是为了获取大致的频率范围，从而获得精测时测频窗口的被测信号的计频数，使本***在测量不同频率值时的测量时间基本保持一致。
参见图2，本发明的测频电路包括数据载入电路、数据读出电路、脉冲数计数器、振荡个数计数器、溢出位、恒温晶振、数据载入接口和数据读出接口，数据载入接口通过数据载入电路接入脉冲数计数器，恒温晶振通过单刀双掷开关与振荡个数计数器连接，脉冲数计数器和溢出位通过与门与单刀双掷开关连接。其中脉冲数计数器和振荡个数计数器均为64位计数器。数据载入电路、数据读出电路均为串进并出移位电路。恒温晶振为50M低温漂晶振。
测量时，通过脉冲数计数器S2、振荡个数计数器S1，分别已知频率基准信号(例如50MHZ晶振)和被测信号进行计数，计数开始前，通过数据载入电路对脉冲数计数器S2设置特定的初始值，使其处于计数n后溢出的初值，例如采用64位计数器，要使计数器计数8后发生溢出，应装填n＝264-8，将该计数器溢出位通过硬件语言编程为振荡个数计数器S1输入开关的控制极，做到当脉冲数计数器S2溢出时，立即停止振荡个数计数器S1的计数，此时，振荡个数计数器S1中的计数个数，与振荡个数计数器S1输入的已知频率值，可换算为时间值。如计数50M个则时间刚好为1S，由于已知被测频率信号产生n＝10个脉冲的时间是1S，则待测频率为0.1HZ。
该方式的好处是，采用硬件语言直接生成低延时的直接电路连接，区别传统的通过CPU采样的方式，相当于为了完成测频任务，定制了一种专用CPU。能够将精度提升数倍，特别是在测量高频信号时，提升效果更加明显。
本发明还提供一种进行航空多介质流量校准方法，该方法包括以下步骤：
1)将被测介质温度调节至温度t1；
2)通过体积法精确测量实际流量L1，并采用叶轮型传感器获得介质温度t1、流量L1时流量传感器的频率值f1；
3)在介质温度保持t1的情况下，重复步骤2)，获得多个频率——流量对应关系点，构成一条在温度t1时的叶轮传感器频率与流量的对应曲线；
4)将介质温度以固定间隔调节至t2，t3等，重复步骤1)-3),获得多个温度点下的传感器频率与流量的对应曲线族；
5)参见图3，通过数学公式拟合试验点的方式，将多组数据曲线拟合为一个以x为温度，Y为传感器频率值，Z为实际流量的空间曲面；
6)将该曲面进行归一化处理，总结为一个以温度及传感器频率为输入，以流量值为输出的公式；
参见图4，进行归一化处理时，当测量点P位于数据换算曲面网格内某一点时，先定位该点在曲面中的哪一个小平面S0上，并通过该小平面S0邻近四个平面S1-S4，计算出P点在该小平面上投影位置对应的曲率；根据曲率计算出测量点P的数值，该数值即为流量值。
对于不在已知数据的温度点进行的校准，将被测频率周边频率点与温度点构成的四边形平面，与周边邻***面均纳入计算输入量，采用整体拟合曲面的方式计算被测频率点处曲面曲率，从而获得精确的换算系数，可计算出精确流量值。
因此总结出：在使用滑油、航空燃油时，流量值计算公式分别为：
L滑油＝f*((f2+18500*f)*t2.53*10-9)/615(t>35℃,t<80℃)；
L航空燃油＝f*((f2+23500*f)+154300)*(t-4)1.43*10-9)/723(t>10℃,t<70℃)；
其中,L滑油,L航空燃油分别为采用滑油和航空燃油两种介质时的流量，单位mL/min，f为使用LWGY-15A型传感器测得的频率信号，t为介质温度。
7)实际测量时，通过测量介质温度及传感器频率，通过步骤6)所获得的公式进行计算，获得需要测量的流量值。

Claims (7)

1.一种航空多介质流量校准方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)将被测介质温度调节至温度t1；
2)通过体积法精确测量实际流量L1，并获得介质温度为t1、流量为L1时，流量传感器的频率值f1；
3)在介质温度保持t1的情况下，重复步骤2)，获得多个频率——流量对应关系点，构成一条在温度t1时的流量传感器频率与流量的对应曲线；
4)将介质温度以固定间隔调节至t2，t3等，重复步骤1)-3),获得多个温度点下的流量传感器频率与流量的对应曲线族；
5)通过数学公式拟合试验点的方式，将多组数据曲线拟合为一个以X为温度，Y为流量传感器频率值，Z为实际流量的空间曲面；
6)将该曲面进行归一化处理，总结为一个以温度及传感器频率为输入，以流量值为输出的公式；
进行归一化处理时，当测量点位于数据换算曲面网格内某一点时，先定位该点在曲面中所在平面上，并通过该平面邻近四个平面，计算出该点在该平面上投影位置对应的曲率；根据曲率计算出测量点的数值，该数值即为流量值；当测量点不在已知数据换算曲面网格内时，将被测频率周边频率点与温度点构成的四边形平面，与周边邻***面均纳入计算输入量，采用整体拟合曲面的方式计算被测频率点处曲面曲率，根据曲率计算出测量点的数值，该数值即为流量值；
在使用滑油、航空燃油时，流量值计算公式分别为：
L滑油＝f*((f2+18500*f)*t2.53*10-9)/615(t>35℃,t<80℃)；
L航空燃油＝f*((f2+23500*f)+154300)*(t-4)1.43*10-9)/723(t>10℃,t<70℃)；
其中,L滑油,L航空燃油分别为采用滑油和航空燃油两种介质时的流量，单位mL/min，f为测得的频率信号，t为测得的介质温度；
7)实际测量时，通过测量介质温度及流量传感器频率，通过步骤6)所获得的公式进行计算，获得需要测量的流量值。
2.一种实现权利要求1所述的航空多介质流量校准方法的***，其特征在于：该***包括温度传感器、流量传感器、测温电路、测频电路和中央处理器，所述温度传感器通过测温电路接入中央处理器，所述流量传感器通过测频电路接入中央处理器。
3.根据权利要求2所述的航空多介质流量校准方法的***，其特征在于：所述测频电路包括数据载入电路、数据读出电路、脉冲数计数器、振荡个数计数器、溢出位、恒温晶振、数据载入接口和数据读出接口，所述数据载入接口通过数据载入电路接入脉冲数计数器，所述恒温晶振通过单刀双掷开关与振荡个数计数器连接，所述脉冲数计数器和溢出位通过与门与单刀双掷开关连接。
4.根据权利要求3所述的航空多介质流量校准方法的***，其特征在于：所述脉冲数计数器和振荡个数计数器均为32位计数器或64位计数器。
5.根据权利要求3所述的航空多介质流量校准方法的***，其特征在于：所述数据载入电路、数据读出电路均为串进并出移位电路。
6.根据权利要求3所述的航空多介质流量校准方法的***，其特征在于：所述恒温晶振为50M低温漂晶振或70M晶振。
7.根据权利要求2至6任一所述的航空多介质流量校准方法的***，其特征在于：所述流量传感器与测频电路之间还接有模拟滤波电路，所述模拟滤波电路包括低通滤波器和光电隔离电路，所述流量传感器依次通过低通滤波器和光电隔离电路接入测频电路。
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