你好,欢迎访问红旗仪表(江苏)有限公司网站
热门关键词:
联系我们

孙经理:18118846266

电话:0517-86809691

地址:江苏省金湖县戴楼工业园区润楼路19号

新闻资讯
您所在的位置:主页 > 新闻资讯 >

基于ARM的智能电磁流量计转换器的研制

time:2021-01-15
电磁式流量计是以法拉第感应定律为基础的应用,由于在使用中无压力损失,因此在许多工业场合得到了广泛的应用。电磁式流量计的变换器是流量计的重要组成部分,它的精度直接决定着其性能。该转换器的功能包括数据采集,显示,计算,输出,报警,故障诊断,自检和非线性补偿,数据通信等功能。目前大多数转换器采用8位单片机,比较复杂的算法很难实现,或者响应速度太慢。本论文所设计之智能电磁流量计,采用32位ARM处理器,资料处理能力的提高,使使用复杂算法提高测量精度成为可能,同时也大大提高了低流速测量性能,比传统的变流器设计方法有更明显的改进。
电磁流量计是如何工作的?
电磁式流量计的原理是根据法拉第电磁感应定律,推算出下列流体的体积流量:
*Ue/BD*πD²/4B=πD/4B*Ue
公式中Ue一感应电压,V,B一磁感应强度,T;D:管路内径,m;Q一流体体积流量,m³/s。
系统的硬件结构设计。
电磁式流量计转换器是一种典型的数据采集处理系统,其硬件主要包括:多路电源模块、ARM处理器、励磁模块、信号采集处理模块、输出接口模块、通信模块等。如图1所示的硬件电路结构示意图。
2.1激励单元。
该转换器的励磁模块基本上是采用恒流源驱动H桥线路。为减小体积,降低功耗,提高可靠性,采用1117ADJ电源芯片设计了一种用于驱动集成桥路芯片D6202的恒流源,避免了原有励磁电路的分立,大大降低了设计难度。
ADJ1117是一种可调节输出电平的电源芯片,其输出电流由OUT管脚与ADJ管脚之间的外接电阻的大小决定,通过精密电阻的外接,可获得输出恒流的恒流源。是一种H桥芯片,通常用来产生高频率的高电流PWM信号。可产生平坦方波,完全满足矩形波励磁低频波形要求。中央处理器控制16202的输入逻辑水平,从而改变输出波形,控制励磁线圈电流方向。激振信号频率可由CPU输出的控制信号频率来确定,软件绵程可以方便地进行修改,能够满足各种实际应用的需要。
2.信号采集处理模块;
数据采集和处理模块主要是模拟信号的前端处理和A/D转换。仿真信号处理是电磁流量计高精度转换器的基础,是达到理想精度的关键。电磁式流量计通过励磁线圈向导电流体施加低频交变磁场,在磁场中流动并切割磁力线,从而产生感应电动势。从电极上采集的感应电动势是一种弱的交变信号,一般在几十微伏到几毫伏之间,且信号内阻高,噪声信号频率接近50Hz工频,幅度远大于待测信号,放大电路的设计非常困难!为了达到仪器的设计精度,需要设计高质量的信号处理电路来滤除干扰。本论文设计的信号处理电路见图3。
在对电感电势信号进行放大处理之前,需要先对预处理单元进行滤波以消除高频干扰。下*级放大电路选用高精度增益可调仪表放大器AD620,其高输入阻抗,外接元件只需一个增益电阻。因为*级放大电路的输人端直接与测量电极相联,当导电液静止时,电极之间就存在电动势,必须首先避免这种电动势影响仪表放大器的工作。对该信号进行分析发现,这种电动势是由各种带电离子和液体中的外部电磁场对液体和管壁的干扰引起的,由于其变化时大时小,为防止仪表放大器与二次信号放大中的运放进入饱和区,须先使放大倍数略小,然后再通过电容隔断将直流信号隔离开,其余有用的交流信号则送入放大倍数高的后级放大器,使信号达到A/D转换器所需的工作范围。此处选用精密电阻,将其放大倍数定为10.88倍。
通过前处理,仍可能使感应电动势信号中存在某些高频尖峰噪声,从而对后续二级信号放大和电平提升电路产生不利影响。在此基础上,进一步设计了单位增益二阶巴特沃斯低通滤波器,其低通截止频率为33.9赫兹。这个频率是激励频率的7倍。通过前级电路的预处理后,再将信号放大20倍,并提升为单极信号,ZUI终端机送进增益可调的16位Σ-△型A/D转换器完成模数转换。
2.3智能处理器。
该系统采用Philips公司的LPC2106作为主CPU,附加LCD显示模块,键盘输出模块,输入输出模块和通信模块等组成智能处理单元。
ARM7TDMI-S单片机LPC2106支持实时模拟和跟踪,自带128KB高速Flash存储器,采用3级流水技术,可同时进行取指、解码和执行,能并行处理指令,提高CPU运行速度。因为包含了多个32位定时器、PWM输出和32个GPIO,并且不需要外扩RAM,所以尺寸很小,功耗极低,非常适合本系统小型化的需要。中央处理器通过SPI总线与A/D、D/A和液晶控制芯片进行通信,仅需3条数据线和控制线就可对所有外围设备进行扩展,大大提高了系统的可靠性,减小了尺寸,降低了成本。另外,LPC2106还具有PWM输出功能,可以直接用来输出频率信号和脉冲等效。
其通信模块包括RS-232接口和RS-485接口,用户可根据需要选择相应的通信方式,便于与主机进行通信,并可组成多机总线,实现远程数据传输。输出模块选用AD421芯片,4~20mA可将数字信号直接转换为电流信号输出,并预留HART协议通信接口。
系统软件的设计与实现。
采用结构化和模块化的软件设计方法,主要由主程序、时基中断程序、菜单处理程序、激励信号产生、A/D、D/A、通信、显示、脉冲频率输出等部分组成。系统初始化后,主程序根据各个模块的响应来判断各个模块是否能正常工作。采用用户级设置方法,实现了对仪表参数设置的分级控制,分属不同层次的制造商、售后服务和用户都只能访问相应层次允许访问和修改的仪表参数。该仪表能实时显示工况下的瞬时流量、累计流量、流速以及报警信息等。对于参数设定状态,可以设置传感器系数、转换器系数、仪表系数、测量管径等各种参数。该系统能在线保存变更系数和累积流量等相关信息,并能记录多次上机和复位时间信息,以备现场工作人员查阅。
四是流动测试结果。
利用自行开发的智能化电磁流量计转换器,配合厂家传感器进行标定试验,用标准比例尺比较法标定所设计的转换器。该方法是将高精度标准流量计与被校验流量计串联,让流体同时通过两者,比较两者示值,以确定被校验流量计的误差,达到标定目的。
本文所提出的与标准值比较的方法是“总量法”,它比较了样机累积体积流量值和用标准设备测量的标准体积,以确定仪表的表示值或误差。尽管标定是在指定流量下进行的,但是由于比较的是总流量,因此对流量稳定性的要求略低。该传感器内径25mm,标准尺寸0.5级,为被测样机,采用两组测试数据拟合成直线,其余多组测试数据经线性校正后,验证误差是否存在。图4中显示了第一组和第二组测试数据拟合出的直线和方程。
通过试验验证,在0.4-1m流速段采用直线拟合,并利用剩余的多组数据进行验证,得出ZUI流速大于0.4m/s时,精度可达到1%的设计目标,其大误差为0.64%。
五是结论。
该智能化电磁流量计采用软、硬件协同设计,具有高智能性、多场合适应性、高集成度、多功能、操作方便、体积小、功耗低、具有一定的自诊断能力和多机通信功能,能对正反向和脉动流进行测量,抗电磁干扰和温度特性好,适用于现场应用或远距离测量,测量范围大、精度高,达到了预期的性能指标。

生产厂家直供,价格低,选型多,产品丰富:水位仪,油位计,液面计,物位计,水位计,传感器,控制器,料位仪,显示器,抽水泵,水箱,开关
玻璃板,分体式,投入式,浮筒式,玻璃管,石英管,差压式,电接点,电容式,风压式,水压式,静压式,柴油罐,单法兰,双法兰,体积式,磁耦合

Copyright@ 2003-2018 红旗仪表(江苏)有限公司版权所有  ICP备案号:苏ICP备11081253号-12

联系电话:0517-86809692 手机:18118846266 张经理 邮箱:3004534876@qq.com

地址:江苏省淮安市戴楼集中工业区润楼路19号

孙经理:

客户服务热线

18118846266

在线客服