簡介(jiè)：一種利用(yòng)磁阻(zǔ)傳感(gǎn)器對浮(fú)子(zǐ)高度進(jìn)行(háng)檢測(cè)的新(xīn)方(fāng)法(fǎ)，在此(cǐ)基礎(chǔ)上設計了(le)以stm32爲(wèi)核心微處(chù)理器的智能金屬管浮子(zǐ)流量(liàng)計 。鑒于(yú)磁(cí)場分(fèn)布的(de)複雜(zá)性,很(hěn)難通過(guò)理論的(de)方法得到傳感(gǎn)器輸出信(xìn)号與(yǔ)浮子高(gāo)度(dù)(或流(liú)量)之(zhī)間(jiān)的(de)對應關系，以實驗數(shù)據爲基礎，分别(bié)采用(yòng)拟合曲線(xiàn)法和(hé)分段(duàn)線性(xìng)修正法得到傳(chuán)感器輸(shū)出(chū)與流(liú)量之(zhī)間的關系(xì)表達式(shì)。通(tōng)過對比實驗表明,拟合曲(qǔ)線法測量(liàng)精度(dù)優于分段(duàn)線性修正(zhèng)法(fǎ)。此外爲減小溫度(dù)漂移對磁(cí)阻傳(chuán)感器(qì)輸出信号(hào)的影響,系統在(zài)流量修正前增(zēng)加了溫度補償(cháng)環節,提高(gāo)了系(xì)統的測量精度。
　　浮子流量(liàng)計 是(shì)以浮子在錐形(xíng)管中随(suí)流量變(biàn)化而升(shēng)降，改變(biàn)它們之間的流通面(miàn)積實現測(cè)量的(de)體積流量(liàng)儀表，又稱 轉子(zǐ)流量計 。浮子流(liú)量計按材質還可以分爲玻璃(lí)管浮子流量計(jì)、塑料管(guǎn)浮子流(liú)量計和 金(jīn)屬管浮子(zǐ)流量計 。傳(chuán)統的金(jīn)屬管浮(fú)子流量計大都(dōu)屬于(yú)純機械式(shì),通過電磁(cí)感應(yīng)耦合(hé)和機(jī)械連(lián)杆機構(gòu),帶動指(zhǐ)針顯示或者遠傳機構向(xiàng)遠端(duān)輸出。這種(zhǒng)結構(gòu)雖然在--定程度(dù)上提高了測量(liàng)精度(dù),但是(shì)也對(duì)機械加工的精(jīng)度提出了(le)更高(gāo)的要求(qiú),且會因爲(wèi)機械磨損導(dǎo)緻測(cè)量精(jīng)度下(xià)降回。因此本文(wén)設計了一種非接觸(chù)式測量的 智能金(jīn)屬管流(liú)量計 ，通過(guò)磁阻(zǔ)傳感(gǎn)器(qì)将(jiāng)浮子高度(dù)的變換轉(zhuǎn)換爲(wèi)電信(xìn)号傳(chuán)送至微處理器(qì),利用程序預設(shè)的數學模型實(shí)現溫度補償和流量(liàng)修正(zhèng)，,提高(gāo)了測(cè)量精(jīng)度并(bìng)延長(zhǎng)了(le)儀表的使用壽(shòu)命(mìng)。
1浮子流量(liàng)計(jì)基本結(jié)構
　　本(běn)文設計的 非接(jiē)觸式金屬(shǔ)管浮子流(liú)量計(jì) 的結(jié)構如(rú)圖1所示。被測(cè)流(liú)體從(cóng)錐形管(guǎn)自下而(ér)上(shàng)流(liú)動時,浮子(zǐ)受到上升的升(shēng)力,當浮(fú)子(zǐ)受到的.上升力與其所受(shòu)的浮(fú)力之和大于浮(fú)子的(de)重力時,浮子就(jiù)會上(shàng)升,當(dāng)浮子(zǐ)上升到(dào)一定高度時(shí),浮子所受的力(lì)達(dá)到(dào)平衡(héng),浮子(zǐ)最終将(jiāng)穩(wěn)定在某-特(tè)定高(gāo)度。浮子在錐形(xíng)管中的高度與(yǔ)流體(tǐ)通(tōng)過錐形(xíng)管的流速(sù)(流量(liàng))有對(duì)應關(guān)系。因(yīn)此隻需測(cè)得當前浮(fú)子的(de)高度(dù)即可(kě)得到流量(liàng)值。
 
　　浮子(zǐ)在錐形管(guǎn)中的(de)高度與流(liú)體通(tōng)過錐形管(guǎn)的流(liú)速(流量(liàng))有對應(yīng)關系,但(dàn)由于磁場分布的(de)複雜性,很(hěn)難通過理(lǐ)論的方法得到浮子(zǐ)高度與磁阻傳感(gǎn)器(qì)輸出值的(de)對應關系(xì)，因此本文(wén)基于實驗(yàn)數據分别(bié)采用(yòng)拟合曲線(xiàn)法和(hé)分段線性(xìng)修正法(fǎ)近(jìn)似得(dé)出該對應(yīng)關系。
　　拟合曲線(xiàn)法是(shì)通過實驗測(cè)得的數據(jù)，得到傳(chuán)感器的輸出值(zhí)與當前流(liú)速的(de)關系表(biǎo)達(dá)式,因(yīn)此隻需獲得傳感器的輸出值(zhí),就可(kě)以算出當(dāng)前的流速(sù)。分段(duàn)線性修正法是(shì)将整(zhěng)個量程劃分爲若幹個段,每段(duàn)采(cǎi)用不同(tóng)的修正函數進行流量修正。本(běn)文以管(guǎn)道(dào)直(zhí)徑爲80mm.流(liú)體類型爲液體(tǐ)的條件下進行試驗(yàn)(如無(wú)特(tè)别(bié)說明，後續的實驗條(tiáo)件均(jun1)爲此),此條(tiáo)件下的測(cè)量範圍爲2.5~25m3/h。由于(yú)磁阻(zǔ)傳感(gǎn)器(kmy20)的輸(shū)出受溫(wēn)度影響較大，因此需在流量修正前增加(jiā)溫度補償(cháng)環(huán)節。
2測量(liàng)方法
　　整個(gè)測量(liàng)過程包括信(xìn)号獲取(qǔ),溫度(dù)補償、流量修正(zhèng)、lcd液晶(jīng)顯示等環(huán)節。
　　信号采集包括溫(wēn)度傳感器(qì)輸(shū)出信号(hào)獲取和磁(cí)阻傳(chuán)感器(qì)信号(hào)獲取(qǔ),溫度傳感(gǎn)器的輸出(chū)信号(hào)通過spi方(fāng)式傳送(sòng)給微處理(lǐ)器,用(yòng)于對磁阻(zǔ)傳感(gǎn)器的輸出做溫度補(bǔ)償(cháng)，磁阻傳(chuán)感器的(de)輸出信(xìn)号将用于(yú)流量(liàng)計算,經過(guò)信号(hào)放大(dà)處理後直(zhí)接傳送至微處(chù)理器。圖2爲磁阻(zǔ)傳感器輸(shū)出信(xìn)号處理(lǐ)的硬件電路(lù)圖。包括電(diàn)源模(mó)塊差(chà)分放(fàng)大模塊和(hé)電壓(yā)跟随(suí)模塊。電源模塊采(cǎi)用恒流源給kmy20磁阻傳感(gǎn)器供電,在(zài)--定程(chéng)度上(shàng)減小了溫(wēn)漂對傳(chuán)感器輸(shū)出的影響"。差分(fèn)模塊完(wán)成(chéng)對傳感器輸出信号(hào)的放大處理，電(diàn)壓跟(gēn)随模(mó)塊減(jiǎn)小了傳(chuán)感(gǎn)器的輸出(chū)阻(zǔ)抗。從圖(tú)2可(kě)知,經放大處理後，傳感器的(de)輸出信(xìn)号幅值爲:
 
 
　　圖(tú)3是傳感器(qì)輸出(chū)信(xìn)号(hào)與溫(wēn)度的關系曲線(xiàn)，可見在一(yī)定範(fàn)圍内(nèi),傳感器輸(shū)出信号(hào)幅值與(yǔ)溫度(dù)成反比關(guān)系,可(kě)以(yǐ)得(dé)到:
 
　　在(zài)上一(yī)節已經(jīng)介(jiè)紹過，非接觸式(shì)浮子流(liú)量計流量測(cè)量(liàng)方法有拟合曲線法和(hé)分段線性修正法，接下(xià)來将具(jù)體介(jiè)紹這兩種方法(fǎ)。表1是實驗測得(dé)的傳感器(qì)輸出(chū)v2與當前流量(流速)的對應關系。
 
　　将傳感器(qì)的輸出v2代(dài)入式(6).(7).(8)即可得到當前(qián)流量，繼而處理(lǐ)器通(tōng)過spi通信将(jiāng)流暈信息(xī)傳送(sòng)至lcd顯(xiǎn)示(shì)模塊。表(biǎo)2~表4分别是n=1,2,3時采(cǎi)用拟合曲(qǔ)線法設計的浮(fú)子流(liú)量計的測量數(shù)據與(yǔ)标(biāo)準表所測數據的對比(bǐ)結果,并算(suàn)出示值誤差。示值誤(wù)差的計算(suàn)公式(shì)爲:
 
　　其(qí)中qmax爲儀表(biǎo)最(zuì)大測量(liàng)流量(liàng),qvs爲被檢流量計(jì)測得(dé)的流量,qn爲(wèi)标準(zhǔn)流(liú)量裝置在該(gāi)點該測得(dé)的标準體積流(liú)量。
 
　　從表(biǎo)2~表4可(kě)知(zhī)，以階(jiē)數n=1得(dé)到的拟合(hé)曲(qǔ)線(xiàn)計算(suàn)流體流量,示值(zhí)誤差(chà)最大在2%以(yǐ).上,拟合效果(guǒ)不理想(xiǎng),而以(yǐ)階數(shù)n=3得到(dào)的拟(nǐ)合曲(qǔ)線計(jì)算流體流(liú)量時(shí),示值誤差(chà)在1%以内,滿足測(cè)量要求,但(dàn)由于(yú)拟合方程相對(duì)複雜(zá),加大(dà)了算(suàn)法的複(fú)雜度,使(shǐ)流量計算占用(yòng)cpu時間(jiān)變長(zhǎng),降低了系統測量的(de)實時(shí)性。所以本(běn)設計選擇n=2時拟(nǐ)合得到的方程來計算流量,不(bú)僅滿足(zú)了(le)系統(tǒng)的實時性要求(qiú),而且系統(tǒng)的測(cè)量精度也在(zài)1%以(yǐ)内。
　　分段修(xiū)正法(fǎ)将整個(gè)測量範(fàn)圍分(fèn)爲(wèi)6~12個段，每(měi)段(duàn)之(zhī)間采用不(bú)同的(de)線性(xìng)方(fāng)程進行修正(zhèng)。表5是(shì)采用分(fèn)段線性法設(shè)計的(de)浮子(zǐ)流量計(jì)所(suǒ)測流量與标準(zhǔn)表(biǎo)所(suǒ)測流量的(de)數據(jù)。
 
　　對比(bǐ)拟合曲線(xiàn)法(n=2)和分段(duàn)線性(xìng)修(xiū)正(zhèng)法的測量(liàng)結果(guǒ)可以看出,拟合(hé)曲線(xiàn)法的(de)示值(zhí)誤差(chà)較分段線(xiàn)性(xìng)修(xiū)正法(fǎ)高,所以采用拟(nǐ)合曲線(xiàn)法(fǎ)更(gèng)利(lì)于提高系統的(de)測量精度。
3結束語
　　本文(wén)設計了一款(kuǎn)高(gāo)性能的(de)智能型浮子流量計，爲保(bǎo)證測(cè)量精(jīng)度(dù)和系統(tǒng)的穩定性,在流(liú)量計算前(qián)增加(jiā)了溫度(dù)補(bǔ)償環節,減少了溫度(dù)對傳(chuán)感器輸出的影響。分别采(cǎi)用了拟合曲線(xiàn)法和分段線性(xìng)修正(zhèng)法進行流(liú)量修正,實驗結果表明,拟合曲(qǔ)線法(fǎ)的(de)測量精度明顯(xiǎn)優于(yú)分(fèn)段線性法。

本文(wén)來源(yuán)于網絡,如(rú)有侵(qīn)權(quán)聯系即(jí)删除(chú)！