簡(jiǎn)介：一種(zhong)利用磁(cí)阻傳感(gan)器對浮(fú)子高度(dù)進行檢(jiǎn)測的新(xīn)方法，在(zài)此基礎(chu)上設計(ji)了以STM32爲(wei)核心微(wēi)處理器(qi)的智能(néng)金屬管(guan)浮子流(liú)量計 。鑒(jiàn)于磁場(chǎng)分布的(de)複雜性(xing),很難通(tong)過理論(lùn)的方法(fa)得到🌈傳(chuan)感器輸(shū)出信号(hào)與浮子(zi)高度(或(huò)流量)之(zhi)間的對(dui)應關系(xì)，以實驗(yan)數據爲(wei)基礎，分(fen)别采用(yòng)拟合曲(qu)線法🌏和(he)分段線(xiàn)性修正(zheng)法得到(dao)傳感器(qi)輸出與(yǔ)流量之(zhī)間的關(guān)系表達(dá)式。通過(guo)對比實(shi)驗表明(ming),拟合曲(qu)線法測(cè)量精度(du)優于分(fèn)段線性(xìng)修👣正法(fǎ)。此外爲(wèi)減小溫(wēn)度漂移(yí)對磁阻(zu)傳感器(qi)輸出信(xìn)号的影(ying)響,系統(tong)在流量(liang)修正前(qián)增加了(le)溫度♈補(bu)償環節(jie),提高了(le)🛀🏻系統的(de)測量精(jing)度。
　　浮子(zǐ)流量計(ji) 是以浮(fú)子在錐(zhuī)形管中(zhōng)随流量(liàng)變化而(ér)升降，改(gai)變它們(men)之間的(de)流通面(mian)積實現(xian)測量的(de)體積流(liú)量儀表(biao)，又稱 轉(zhuan)子流量(liàng)計 。浮子(zǐ)流量計(ji)按材質(zhì)還可以(yi)分爲玻(bō)璃管浮(fú)子流量(liàng)計、塑料(liào)管浮子(zi)流量計(ji)和 金屬(shǔ)管浮子(zi)流量計(ji) 。傳統的(de)金屬管(guǎn)浮子流(liú)量計大(da)都屬于(yú)純機械(xiè)式,通過(guo)🛀電磁感(gǎn)應💜耦合(he)和機械(xiè)連杆機(ji)構,帶動(dòng)指針顯(xiǎn)示🐆或者(zhe)🔴遠傳機(ji)構向遠(yuǎn)端輸出(chū)。這種結(jie)構雖然(rán)在--定程(chéng)度上提(tí)高了測(cè)量精度(du),但是也(ye)對機械(xie)加工的(de)精度提(ti)出了更(gèng)高的要(yào)求,且會(hui)因爲機(jī)械磨損(sun)導緻測(ce)量精度(du)下降回(huí)📧。因此本(běn)文設計(ji)了一種(zhǒng)非接觸(chu)式測量(liang)的 智能(néng)金屬管(guǎn)流量計(jì) ，通過磁(cí)阻傳感(gan)器将浮(fu)子高度(du)的變換(huàn)轉換爲(wei)電信号(hào)傳送至(zhi)微處理(lǐ)器,利用(yòng)程序預(yu)設的數(shu)學模型(xing)實現溫(wen)度補償(cháng)和流量(liang)修正，,提(tí)高了測(ce)量精度(dù)并延長(zhǎng)了儀表(biao)的使用(yòng)壽命。
1浮(fú)子流量(liàng)計基本(ben)結構
　　本(běn)文設計(jì)的 非接(jiē)觸式金(jin)屬管浮(fu)子流量(liang)計 的結(jie)構如圖(tu)1所示。被(bèi)測流體(ti)從錐形(xíng)管自下(xia)而上流(liu)動時,浮(fu)子⭕受到(dao)上升的(de)升力,當(dāng)浮子受(shòu)到的.上(shang)升力與(yǔ)其所受(shòu)🛀🏻的浮力(li)之和大(da)于浮子(zi)的重力(li)時,浮子(zǐ)就會上(shàng)升,當浮(fu)子上升(shēng)到一定(ding)高度時(shi),浮子所(suǒ)受的力(li)達到平(píng)衡,浮子(zi)最終将(jiang)穩定在(zai)某-特定(ding)高度。浮(fu)子在錐(zhuī)形管中(zhōng)的高度(du)與流體(ti)通過錐(zhui)形管🤟的(de)流速(流(liu)量)有對(dui)應關系(xi)。因🌈此隻(zhi)需測得(dé)當前浮(fu)子的高(gao)度即可(kě)得到流(liú)量值。
 
　　浮(fú)子在錐(zhui)形管中(zhōng)的高度(du)與流體(tǐ)通過錐(zhuī)形管的(de)流速☔(流(liu)量)有對(dui)應關系(xi),但由于(yu)磁場分(fen)布的複(fú)雜性,很(hěn)難通過(guò)理論的(de)方法得(de)到🚩浮子(zǐ)高度與(yǔ)磁阻傳(chuán)感器💋輸(shū)出值的(de)對應關(guān)系，因此(ci)本文基(jī)于實驗(yàn)數據分(fen)别⚽采用(yòng)拟合曲(qu)線法和(hé)分段線(xian)性修正(zheng)法近🔞似(sì)得出該(gāi)對應關(guān)系。
　　拟合(hé)曲線法(fǎ)是通過(guò)實驗測(cè)得的數(shu)據，得到(dao)傳感器(qi)👣的🧑🏾‍🤝‍🧑🏼輸出(chū)值與當(dāng)前流速(sù)的關系(xi)表達式(shì),因此隻(zhi)需獲得(dé)傳感器(qì)的輸出(chu)值🧑🏽‍🤝‍🧑🏻,就可(kě)以算出(chū)當前的(de)流速。分(fèn)段線性(xìng)修正法(fa)是💋将整(zheng)個量程(chéng)劃分爲(wèi)若㊙️幹個(ge)段,每段(duàn)采用不(bu)同的修(xiu)正函數(shu)進行流(liú)量修正(zhèng)。本文以(yǐ)管道直(zhí)徑爲80mm.流(liu)體❤️類型(xing)爲液體(ti)🐉的條件(jiàn)下進行(háng)試驗(如(rú)無🛀🏻特别(bie)說明，後(hòu)續的實(shí)驗條件(jian)均爲此(cǐ)),此條件(jian)下的測(ce)量範圍(wéi)爲2.5~25m3/h。由于(yú)磁阻傳(chuán)感器(KMY20)的(de)輸出受(shou)溫度影(ying)響較大(da)，因此需(xu)在流量(liàng)修正前(qian)增加溫(wen)度補償(cháng)環節。
2測(ce)量方法(fa)
　　整個測(cè)量過程(chéng)包括信(xin)号獲取(qu),溫度補(bu)償、流量(liang)修正、LCD液(ye)晶顯示(shì)等環節(jie)。
　　信号采(cai)集包括(kuò)溫度傳(chuán)感器輸(shū)出信号(hao)獲取和(hé)磁阻❄️傳(chuán)感器✨信(xin)号獲取(qǔ),溫度傳(chuan)感器的(de)輸出信(xìn)号通過(guo)SPI方式傳(chuan)送給微(wei)處理器(qì)🎯,用于對(duì)磁阻傳(chuán)感器的(de)輸出做(zuò)溫度補(bu)償，磁阻(zu)傳感器(qì)😄的輸出(chū)信号将(jiāng)🔞用于流(liú)量計算(suàn),經過信(xin)号放大(da)處理後(hòu)直接傳(chuán)送至微(wei)處理器(qi)。圖2爲磁(cí)阻傳感(gǎn)✌️器輸出(chū)信号處(chu)理的硬(ying)件電路(lù)圖。包括(kuò)電源模(mo)塊差🈲分(fen)放大模(mó)塊和電(dian)壓跟随(sui)模塊。電(dian)源模塊(kuai)采用恒(héng)流源給(gěi)KMY20磁阻傳(chuan)感器供(gong)電,在--定(ding)程度上(shang)減小了(le)溫漂對(dui)傳感器(qi)輸出的(de)影響"。差(cha)分模塊(kuai)完成對(dui)傳感器(qi)輸出信(xìn)号的放(fàng)大處理(lǐ)，電壓跟(gen)随模塊(kuài)減小♻️了(le)傳感器(qi)的輸出(chū)阻抗。從(cóng)圖2可知(zhī),經放大(da)🙇🏻處理後(hou)，傳感器(qì)的輸出(chū)信号幅(fu)值爲:
 
 
　　圖(tu)3是傳感(gǎn)器輸出(chu)信号與(yǔ)溫度的(de)關系曲(qu)線，可見(jiàn)在一🎯定(dìng)範圍内(nei),傳感器(qì)輸出信(xìn)号幅值(zhi)與溫度(du)成反比(bi)關系,可(ke)以得到(dao):
 
　　在上一(yī)節已經(jing)介紹過(guò)，非接觸(chu)式浮子(zǐ)流量計(jì)流量測(ce)量方法(fa)有拟合(hé)曲線法(fǎ)和分段(duan)線性修(xiu)正法，接(jiē)下來将(jiāng)具體介(jie)紹這兩(liang)種方法(fǎ)。表1是實(shi)驗測得(dé)的傳感(gǎn)器輸出(chū)V2與當前(qian)流量(流(liu)☎️速)的對(dui)應關系(xì)。
 
　　将傳感(gǎn)器的輸(shū)出V2代入(rù)式(6).(7).(8)即可(kě)得到當(dang)前流量(liang)，繼而🤟處(chu)理器通(tong)🏃‍♀️過❌SPI通信(xin)将流暈(yūn)信息傳(chuán)送至LCD顯(xiǎn)示模塊(kuài)。表2~表4分(fen)别是n=1,2,3時(shí)采📧用拟(nǐ)合曲線(xiàn)法設計(ji)的浮子(zǐ)流量計(ji)的測量(liang)🥰數據與(yu)💋标準表(biao)☀️所測數(shù)據的對(dui)比結果(guo),并算出(chu)示值誤(wu)差。示值(zhi)誤差的(de)計算🏃‍♀️公(gong)式爲:
 
　　其(qí)中Qmax爲儀(yi)表最大(dà)測量流(liú)量,Qvs爲被(bei)檢流量(liàng)計測得(dé)的流量(liang),Qn爲标準(zhǔn)流量裝(zhuāng)置在該(gāi)點該測(cè)得的标(biao)準體積(ji)流量。
 
　　從(cóng)表2~表4可(ke)知，以階(jiē)數n=1得到(dao)的拟合(hé)曲線計(jì)算流體(ti)流量,示(shi)值✍️誤差(chà)最大在(zai)2%以.上,拟(ni)合效果(guǒ)不理想(xiang),而以階(jie)數n=3得到(dao)的拟合(hé)曲線計(ji)算流體(ti)流量時(shi),示值誤(wu)差在1%以(yi)内,滿🍓足(zu)測量要(yào)求,但由(yóu)于拟合(he)方程相(xiang)對複雜(zá),加大了(le)算法的(de)複雜度(du),使流量(liàng)計算占(zhàn)用CPU時間(jian)變長,降(jiàng)㊙️低了系(xi)統測量(liang)的實時(shi)性。所以(yǐ)本設計(ji)選擇n=2時(shí)拟合得(de)到的方(fang)程來計(jì)算流量(liàng),不僅🔆滿(man)足了系(xi)統的實(shí)時👈性要(yào)求,而且(qiě)系統的(de)測量精(jing)度也在(zai)🏃🏻‍♂️1%以内。
　　分(fen)段修正(zhèng)法将整(zhěng)個測量(liàng)範圍分(fen)爲6~12個段(duan)，每段之(zhi)間采用(yòng)不同的(de)線性方(fāng)程進行(hang)修正。表(biǎo)5是采用(yong)分段線(xian)♍性法設(she)計的浮(fú)子流量(liang)計🤞所測(cè)流量與(yu)标準表(biao)所測流(liú)量的數(shu)據。
 
　　對比(bǐ)拟合曲(qǔ)線法(n=2)和(he)分段線(xian)性修正(zheng)法的測(cè)量結果(guo)可以看(kàn)出🈲,拟合(he)曲線法(fa)的示值(zhi)誤差較(jiào)分段線(xiàn)性修正(zhèng)法高,所(suǒ)🐪以采用(yong)拟⛹🏻‍♀️合曲(qǔ)線法更(gèng)利于提(ti)高系統(tǒng)的測量(liang)精度。
3結(jié)束語
　　本(ben)文設計(ji)了一款(kuǎn)高性能(néng)的智能(néng)型浮子(zi)流量計(ji)，爲保證(zhèng)測量精(jing)❄️度和系(xi)統的穩(wěn)定性,在(zai)流量計(jì)算前增(zēng)加了❤️溫(wēn)度補償(chang)環節,減(jiǎn)少了溫(wen)度對傳(chuan)感器輸(shū)出的影(yǐng)響。分别(bie)采用了(le)拟合曲(qu)線法和(he)分段線(xiàn)性修正(zhèng)法進行(háng)流量📱修(xiu)正,實驗(yàn)結果表(biǎo)明,拟合(hé)曲線法(fa)的測量(liang)精度明(míng)顯優🈲于(yú)分段線(xian)性法。

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