摘要：按照CJ/T187—2013《磁翻柱液位計》中對磁翻柱液位計各項性能指標及其試驗方法的要求，設計了一套測試系統對磁翻柱液位計的熱工性能進行智能化測試。該測試系統具有自動化、高效、高精度等特點，可實現磁翻柱液位計熱工性能測試的全程自動化，同時可實現磁翻柱液位計熱效率和熱負荷準確度項目的同步檢測，極大的提高了測試效率，節約了測試成本，去除了傳統測試過程中人工參與所帶來的不確定性和測試復現性差等問題。

 

磁翻柱液位計具有火力集中、加熱速度快等特點，決定了它在使用時必將消耗大量的燃氣能源，而節能減排是當今zui為熱門的話題之一，如何科學、準確的測量磁翻柱液位計的效率，研制出高效、準確的磁翻柱液位計性能自動化測試系統，減少并避免外在因素對測試結果的影響，使得到的磁翻柱液位計熱效率更具有科學性、公正性具有重要意義。

CJ/T187—2013《磁翻柱液位計》（以下簡稱CJ/T187）標準對磁翻柱液位計各項性能指標及其試驗方法有明確規定，其中規定方法中對水溫、水壓的恒定有極高的要求。由于磁翻柱液位計的工作原理是將水加熱至沸騰而產生蒸汽在相對密閉的空間加熱食物，所以其耗水量低，如何實時采集和計算，并精準判斷磁翻柱液位計的熱平衡狀態，從而實現準確測量其消耗的水量是研究設計磁翻柱液位計熱工性能自動化測試系統的關鍵所在。

1國內外研究情況

磁翻柱液位計等商用燃氣用具是我國烹飪用的獨特燃氣具產品，在國外極少使用。通過對磁翻柱液位計產品標準中熱效率測試方法的分析比較，CJ/T187中規定的磁翻柱液位計的熱效率、熱負荷準確度等性能指標的測試方法較為客觀準確。

經調研，目前國內外沒有儀器設備生產廠商對磁翻柱液位計性能測試設備進行設計制造，相關檢測技術機構對CJ/T187中規定的熱效率測試方法也理解各異，目前均采用自制或委外加工的方式制作一些簡單的、自動化程度較低的測試設備，主要還是依靠人工來判別和讀取各項數據參數，存在測試結果波動較大、測試效率和準確率低等問題，使得檢測結果存在人為因素影響，其重復性和復現性差，嚴重影響了測試的科學性、公正性、準確性和可比性。

由于上述因素的存在，使得各企業在組織磁翻柱液位計產品設計、生產時無據可依，無形中加大了出現高耗能不合格產品的風險；同時國內的檢測技術機構也迫切需要一套高效、準確的磁翻柱液位計性能自動化測試系統，研究采用數字技術實現熱效率的自動化測量，消除人工測試誤差大、效率低等問題，提高測試的科學性、公正性、準確性和可比性已迫在眉睫。

 

2設計思路

通過對CJ/T187中磁翻柱液位計各項性能指標的規定及其試驗方法進行研究，發現實際測試過程中當供水為小流量時，由于增壓泵葉輪與水的阻力增大，會導致水溫變化超過0.5℃，而水溫變化會是影響結果的關鍵因素。因此，如何解決測試時供水溫度變化要求小于0.5℃是本系統設計的關鍵。本系統擬采用智能控制技術控制磁翻柱液位計性能自動化測試系統的補水溫度恒定，采用改良后水溫傳感器連續采集系統補水溫度，在供水后端增加一個通路，一旦發現供水水溫有異常波動，及時采取控制措施將超過限制的水引出。

徹底摒棄CJ/T187標準第7章試驗方法中采用增壓水泵、水穩壓閥和穩壓電源保持補水壓力恒定的方式，使用變頻和PID閉環控制磁翻柱液位計性能自動化測試系統的補水壓力恒定，并在系統中增加一個水壓緩沖器，通過數字控制技術判斷水壓的細微變化并不斷調節壓力以使壓力恒定。然后依據PT100鉑電阻自身特性，在感溫部件外部敷銅合金材料，并根據溫度傳感器采集數據的頻次，使用合適采集數據的算法，促使其感知水溫急速變化時的特性與水銀溫度計一致。

優化數據采集模塊，使多個傳感器數據同步實時采集、實時計算。在確定系統恒溫恒壓設計方案的基礎上，完成磁翻柱液位計性能自動化測試系統的軟硬件設計、加工制作與調試。本系統主要采用智能變頻控制技術實現補水溫度恒定，通過在供水后端增加一個通路，一旦監測到供水水溫有異常波動，系統能夠及時采取控制措施將超過溫度限制的水排出，從而確保磁翻柱液位計補水溫度的恒定。

 

3硬件系統設計方案

硬件系統主要由高精度燃氣流量計、壓力表、壓力傳感器、溫度傳感器等數據采集部分，補水變頻恒壓控制模塊、驅動模塊、自動調節閥門、主控模塊以及顯示單元組成，形成閉環自動測控系統，硬件系統結構框圖如圖1所示。

 

系統采用智能變頻控制技術實現補水溫度恒定，在供水后端增加一個通路，一旦監測到供水水溫有異常波動，系統能夠及時采取控制措施將超過溫度限制的水排出，從而確保磁翻柱液位計補水溫度的恒定。

 

4軟件系統設計方案

軟件系統利用VisualStudio軟件工具編程，實現自動監測分析磁翻柱液位計在性能試驗過程中出現的各種工況，實現自動測量、自動控制和調節。由計算機根據采集的各項試驗數據自動識別磁翻柱液位計的熱平衡狀態和完整的補水周期，并根據自動采集的各項數據計算磁翻柱液位計的熱效率，保存和打印測試報表。

 

5結論

本測試系統創新使用氣體增壓、多級增壓與緩沖器結合的方式，在水溫采集中不完全依靠溫度傳感器，而是通過改變溫度傳感器的外部結構，使之與水銀溫度計的溫度特性一致，更符合水溫變化時的測量要求，通過抵消水流量變化帶來的壓力變化和水溫變化實現磁翻柱液位計熱工性能的智能化測試。該系統能夠實現自動化運行，減少人為操作、降低人為因素對試驗結果的影響，實時采集實時計算，能夠精準判斷磁翻柱液位計的熱平衡狀態，實現熱效率和熱負荷準確度的同步測量，并實時保存數據，并對數據進行分析計算，形成測試結果報表。該系統適用于生產企業對磁翻柱液位計產品的質量把控及技術研究，具有廣闊的應用前景。