摘要(yao):本文設(she)計了一(yi)種配置(zhi)微處理(li)器的通(tong)用型智(zhi)能金屬(shu)管浮子(zi)流量計(ji) ,該流量(liang)計可靈(ling)活地計(ji)算、修正(zheng)流量,并(bing)通過參(can)數配置(zhi),實現不(bu)同介質(zhi)及工況(kuang)條件下(xia)的流量(liang)測量，爲(wei)石化、造(zao)紙、化工(gong)等行業(ye)同一管(guan)道傳輸(shu)不同種(zhong)類或工(gong)況介質(zhi)的流量(liang)測量提(ti)供了解(jie)決方案(an)。
0引言
　　 浮(fu)子流量(liang)計 安裝(zhuang)方便、堅(jian)固可靠(kao)、耐高溫(wen)高壓,廣(guang)泛應用(yong)于液體(ti)、氣體、蒸(zheng)汽等介(jie)質流量(liang)的測量(liang)和自動(dong)控制系(xi)統，特别(bie)适合于(yu)精細化(hua)工、化肥(fei)、石化.乙(yi)烯、冶金(jin)、造紙等(deng)行業的(de)高溫高(gao)壓、易燃(ran)易爆、強(qiang)腐蝕介(jie)質的測(ce)量過程(cheng)。
 
　　傳統的(de)機械式(shi)金屬管(guan)浮子流(liu)量計,由(you)于其局(ju)限性,無(wu)法進行(hang)流量的(de)正确計(ji)量。即便(bian)是改進(jin)型的機(ji)械式金(jin)屬管浮(fu)子流量(liang)計,用凸(tu)輪闆和(he)轉角變(bian)送器進(jin)行修正(zheng)，雖能提(ti)高精度(du),但凸輪(lun)闆的加(jia)工需要(yao)考慮不(bu)同測量(liang)介質及(ji)工況條(tiao)件,且機(ji)加工的(de)複雜度(du)高,流量(liang)計量的(de)精度仍(reng)受到加(jia)工精度(du)的限制(zhi)。因此,設(she)計了一(yi)種可以(yi)通過微(wei)處理器(qi)靈活配(pei)置參數(shu)、适應不(bu)同測量(liang)介質和(he)工況條(tiao)件的通(tong)用型智(zhi)能金屬(shu)管浮子(zi)流量計(ji),其結構(gou)如圖1所(suo)示。通過(guo)自行設(she)計的角(jiao)位移傳(chuan)感器将(jiang)浮子位(wei)置的變(bian)化轉換(huan)爲反映(ying)角度變(bian)化的電(dian)信号,利(li)用程序(xu)預設的(de)數字模(mo)型進行(hang)流量計(ji)算，克服(fu)了凸輪(lun)式機械(xie)結構進(jin)行流量(liang)計算固(gu)有的弊(bi)端。
1通用(yong)型智能(neng)金屬浮(fu)子流量(liang)計設計(ji)
　　本文開(kai)發了一(yi)種人機(ji)界面友(you)好,具有(you)流量自(zi)動修正(zheng)功能,廣(guang)泛适用(yong)于液體(ti)、氣體及(ji)不同工(gong)況條件(jian)的通用(yong)型智能(neng)金屬管(guan)浮子流(liu)量計。
1.1配(pei)置參數(shu)設計
　　爲(wei)提高計(ji)算精度(du),靈活進(jin)行參數(shu)配置以(yi)适應不(bu)同工況(kuang)條件,将(jiang)配置參(can)數分爲(wei)内部和(he)外部參(can)數兩類(lei)。
1.1.1内部參(can)數配置(zhi)
　　内部參(can)數包括(kuo)浮子密(mi)度、口徑(jing)、測量介(jie)質種類(lei)、測量範(fan)圍以及(ji)本機儀(yi)表系數(shu),由配置(zhi)軟件在(zai)出廠标(biao)定時設(she)置。該軟(ruan)件運行(hang)于Windows平台(tai),将浮子(zi)标定過(guo)程與内(nei)部參數(shu)配置融(rong)合爲一(yi)體,其工(gong)作過程(cheng)如下:
(1)設(she)定編号(hao)、口徑、标(biao)定點數(shu)、浮子密(mi)度和測(ce)量介質(zhi)，爲方便(bian)使用,可(ke)選是否(fou)正反行(hang)程标定(ding);
(2)選擇測(ce)量範圍(wei);
(3)開始實(shi)際标定(ding),産生角(jiao)位移傳(chuan)感器輸(shu)出電壓(ya)與标定(ding)點流量(liang)的對應(ying)列表;
(4)自(zi)動進行(hang)數據拟(ni)合,計算(suan)本機儀(yi)表系數(shu),并将内(nei)部參數(shu)寫入浮(fu)子流量(liang)計。
　　計算(suan)機與智(zhi)能金屬(shu)管浮子(zi)流量計(ji)通訊采(cai)用異步(bu)串行通(tong)訊方式(shi),由于通(tong)用串行(hang)通訊協(xie)議較複(fu)雜,因此(ci),自定義(yi)了一種(zhong)簡化通(tong)訊協議(yi),其幀格(ge)式爲:
幀(zhen)首　方向(xiang)标志　命(ming)令　數據(ju)　校驗　幀(zhen)尾
　　 其中(zhong)方向标(biao)志表示(shi)數據的(de)傳送方(fang)向。“>”爲下(xia)行标志(zhi)(0x3E),表示數(shu)據由計(ji)算機發(fa)送到智(zhi)能浮子(zi)流量計(ji);“<”爲.上行(hang)标志(0x3C),表(biao)示數據(ju)由智能(neng)浮子流(liu)量計發(fa)送到計(ji)算機。
　　 根(gen)據功能(neng)的不同(tong),設計8種(zhong)通訊幀(zhen),其中下(xia)行幀5種(zhong)，分别爲(wei)電壓采(cai)集幀、寫(xie)配置參(can)數幀、讀(du)配置參(can)數幀、寫(xie)産品标(biao)識幀和(he)讀産品(pin)标識幀(zhen);上行幀(zhen)3種,分别(bie)爲電壓(ya)上傳幀(zhen)、配置參(can)數.上傳(chuan)幀和産(chan)品标識(shi)上傳幀(zhen)。下行幀(zhen)包括命(ming)令标志(zhi),上行幀(zhen)省略命(ming)令标志(zhi)。
1.1.2外部參(can)數設置(zhi)
　　 外部參(can)數包括(kuo)被測介(jie)質密度(du)、顯示精(jing)度、顯示(shi)單位和(he)滿量程(cheng)流量,當(dang)測量介(jie)質爲氣(qi)體時，還(hai)需設置(zhi)工況溫(wen)度和工(gong)況壓力(li)。外部參(can)數可由(you)用戶在(zai)使用過(guo)程中通(tong)過3個按(an).鍵(功能(neng)鍵<F>、累加(jia)鍵<↑>和移(yi)動鍵<→>)設(she)置,因此(ci),當管道(dao)中的測(ce)量介質(zhi)和工祝(zhu)條件發(fa)生變化(hua)時,用戶(hu)通過改(gai)變其參(can)數即可(ke)保證測(ce)量的精(jing)度，且顯(xian)示和輸(shu)出與當(dang)前的實(shi)際流量(liang)相對應(ying)。
　　 通過内(nei)部參數(shu)與外部(bu)參數配(pei)合使用(yong),實現了(le)該儀表(biao)生産過(guo)程與使(shi)用過程(cheng)的通用(yong)性。
1.2硬件(jian)設計
　　 硬(ying)件結構(gou)如圖2所(suo)示,浮子(zi)的位置(zhi)變化通(tong)過擺杆(gan)變爲角(jiao)度變化(hua)後，由電(dian)容角位(wei)移傳感(gan)器轉換(huan)爲電壓(ya)信号,微(wei)處理器(qi)通過内(nei)部集成(cheng)的A/D轉換(huan)器将該(gai)信号變(bian)爲數字(zi)量進行(hang)流量計(ji)算并累(lei)計,将計(ji)算結果(guo)送液晶(jing)顯示器(qi)顯示,并(bing)通過控(kong)制PWM輸出(chu),将當前(qian)瞬時流(liu)量以4~20mA二(er)線制方(fang)式遠傳(chuan);鍵盤用(yong)于外部(bu)參數設(she)置;數字(zi)通訊接(jie)口與計(ji)算機連(lian)接進行(hang)内部參(can)數設置(zhi)。
 
1.21電容角(jiao)位移傳(chuan)感器設(she)計
　　 根據(ju)浮子行(hang)程和擺(bai)杆長度(du),可确定(ding)最大轉(zhuan)角爲30°,因(yin)此設計(ji)了如圖(tu)3所示的(de)電容敏(min)感元件(jian),其測量(liang)角位移(yi)範圍0~45*12]1,爲(wei)了減少(shao)電場邊(bian)緣效應(ying)影響,實(shi)際使用(yong)中,電容(rong)敏感元(yuan)件控制(zhi)在5~35*變化(hua)範圍。
 
　　 電(dian)容測量(liang)電路基(ji)于充放(fang)電原理(li),該電路(lu)具有抗(kang)寄生電(dian)容、雜散(san)電容等(deng)分布電(dian)容特性(xing)。圖4爲電(dian)容測量(liang)電路示(shi)意圖,Vc爲(wei)充電電(dian)壓，開關(guan)K1、K2、K3、K4受時鍾(zhong)脈沖控(kong)制。一個(ge)完整的(de)測量過(guo)程包括(kuo)充放電(dian)兩個周(zhou)期:K1與K2導(dao)通,K3與K4關(guan)斷爲充(chong)電狀态(tai),将被測(ce)電容G充(chong)電到Vc;K1與(yu)K2關斷,K3與(yu)K4導通爲(wei)放電狀(zhuang)态,被測(ce)電容中(zhong)的電荷(he)由電荷(he)檢測器(qi)檢出,輸(shu)出正比(bi)于被測(ce)電容的(de)電壓信(xin)号V0
 
1.22輸出(chu)設備設(she)計
　　輸出(chu)設備包(bao)括顯示(shi)輸出和(he)模拟傳(chuan)輸出部(bu)分。
　　雙排(pai)液晶作(zuo)爲顯示(shi)輸出設(she)備,通過(guo)rC總線接(jie)收微處(chu)理器發(fa)送的命(ming)令和數(shu)據,同時(shi)顯示瞬(shun)時流量(liang)和累計(ji)流量。
　　模(mo)拟遠傳(chuan)模塊通(tong)過PWM脈寬(kuan)調制完(wan)成。微處(chu)理器根(gen)據設置(zhi)的滿度(du)流量和(he)計算的(de)瞬時流(liu)量,調制(zhi)輸出脈(mo)沖的占(zhan)空比,通(tong)過濾波(bo)電路轉(zhuan)換爲正(zheng)比于瞬(shun)時流量(liang)的電壓(ya)值,并經(jing)過電壓(ya)/電流轉(zhuan)換接口(kou)電路,變(bian)成4~20mA電流(liu)信号實(shi)現遠傳(chuan)。
1.3軟件設(she)計
　　軟件(jian)采用模(mo)塊化設(she)計,按功(gong)能分爲(wei)4部分:輸(shu)入、輸出(chu)、流量計(ji)算和數(shu)字通訊(xun),各部分(fen)根據具(ju)體情況(kuang)細分爲(wei)多個模(mo)塊，完成(cheng)相應功(gong)能，如圖(tu)5所示。
 
　　AD轉(zhuan)換器采(cai)集角位(wei)移傳感(gan)器輸出(chu)電壓信(xin)号,采集(ji)時間間(jian)隔爲10ms,采(cai)集的電(dian)壓值經(jing)數字濾(lü)波後,用(yong)于流量(liang)計算;鍵(jian)盤處理(li)模塊采(cai)用中斷(duan)方式,根(gen)據鍵值(zhi),實現表(biao)1所示功(gong)能。
 
　　在計(ji)算模塊(kuai)中,首先(xian)利用式(shi)(1)計算标(biao)定流量(liang)值,其次(ci),根據内(nei)部參數(shu),确定測(ce)量介質(zhi)種類,采(cai)用相應(ying)的流量(liang)修正議(yi)程,計算(suan)出實際(ji)工況流(liu)量,最後(hou)對瞬時(shi)流量進(jin)行累計(ji)計算,并(bing)存儲于(yu)EEPROM。
2整機調(diao)試
　　采用(yong)精度爲(wei)0.07%的水流(liu)量标準(zhun)裝置對(dui)15mm口徑的(de)浮子流(liu)量計整(zheng)機進行(hang)标定,該(gai)浮子量(liang)程爲0.04~0.4m³/h,标(biao)定結果(guo)如表2所(suo)示。
基本(ben)誤差計(ji)算公式(shi)爲:.
 
　　式中(zhong)Ƴ爲相對(dui)誤差;Xf爲(wei)浮子流(liu)量計測(ce)量值;Xs爲(wei)标定點(dian)流量值(zhi);Xmax爲浮子(zi)流量計(ji)最大測(ce)量值。
 
　　該(gai)浮子流(liu)量計最(zui)大基本(ben)誤差爲(wei)0.75%,滿足1級(ji)浮子流(liu)量計的(de)要求。
3結(jie)論
　　本文(wen)通用型(xing)智能金(jin)屬管浮(fu)子流量(liang)計具有(you)較高的(de)智能化(hua)水平,通(tong)過自主(zhu)設計的(de)角位移(yi)傳感器(qi)将浮子(zi)位置的(de)變化轉(zhuan)換爲反(fan)映角度(du)變化的(de)電信号(hao),利用程(cheng)序預設(she)的數學(xue)模型進(jin)行流量(liang)計算,提(ti)高了計(ji)算精度(du),而且,無(wu)需根據(ju)被測介(jie)質的密(mi)度、工況(kuang)條件和(he)流量範(fan)圍進行(hang)逐台設(she)計制造(zao),對于同(tong)一管道(dao)傳輸多(duo)種介質(zhi)的情況(kuang),用戶可(ke)根據使(shi)用情況(kuang)在線進(jin)行設置(zhi),給生産(chan)廠商和(he)使用者(zhe)帶來極(ji)大的方(fang)便。

本文(wen)來源于(yu)網絡,如(ru)有侵權(quan)聯系即(ji)删除！