摘要:本文設計了(le)一種配置微處理(lǐ)器的通用型智能(neng)金屬管浮子流量(liang)計 ,該流量計可靈(ling)活地計算、修正流(liú)量,并通過參數配(pèi)置,實現不同介質(zhì)及工況條件下的(de)流量測量，爲石化(huà)、造紙、化工等行業(ye)同一管道傳輸不(bú)同種類或工況介(jiè)質的流量測量提(ti)供了解決方案。
0引(yin)言
　　 浮子流量計 安(ān)裝方便、堅固可靠(kào)、耐高溫高壓,廣泛(fàn)應用于液體、氣體(ti)、蒸汽等介質流量(liang)的測量和自動控(kong)制系統，特别适合(he)于精細化工、化肥(féi)、石化.乙烯、冶金、造(zào)紙等行業的高溫(wen)高壓、易燃易爆、強(qiáng)腐蝕介質的測量(liang)過程。
 
　　傳統的機械式金(jīn)屬管浮子流量計(ji),由于其局限性,無(wú)法進行流量的正(zheng)确計量。即便是改(gǎi)進型的機械式金(jīn)屬管浮子流量計(jì),用凸輪闆和轉角(jiǎo)變送器進行修正(zhèng)，雖能提高精度,但(dan)凸輪闆的加工需(xū)要考慮不同測量(liang)介質及工況條件(jiàn),且機加工的複雜(za)度高,流量計量的(de)精度仍受到加工(gong)精度的限制。因此(cǐ),設計了一種可以(yǐ)通過微處理器靈(líng)活配置參數、适應(yīng)不同測量介質和(hé)工況條件的通用(yòng)型智能金屬管浮(fu)子流量計,其結構(gou)如圖1所示。通過自(zi)行設計的角位移(yí)傳感器将浮子位(wei)置的變化轉換爲(wei)反映角度變化的(de)電信号,利用程序(xù)預設的數字模型(xíng)進行流量計算，克(kè)服了凸輪式機械(xiè)結構進行流量計(jì)算固有的弊端。
1通(tong)用型智能金屬浮(fu)子流量計設計
　　本(běn)文開發了一種人(rén)機界面友好,具有(yǒu)流量自動修正功(gong)能,廣泛适用于液(ye)體、氣體及不同工(gōng)況條件的通用型(xing)智能金屬管浮子(zǐ)流量計。
1.1配置參數(shù)設計
　　爲提高計算(suan)精度,靈活進行參(can)數配置以适應不(bú)同工況條件,将配(pèi)置參數分爲内部(bù)和外部參數兩類(lèi)。
1.1.1内部參數配置
　　内(nèi)部參數包括浮子(zi)密度、口徑、測量介(jie)質種類、測量範圍(wei)以及本機儀表系(xì)數,由配置軟件在(zai)出廠标定時設置(zhì)。該軟件運行于Windows平(ping)台,将浮子标定過(guò)程與内部參數配(pei)置融合爲一體,其(qí)工作過程如下:
(1)設(she)定編号、口徑、标定(ding)點數、浮子密度和(hé)測量介質，爲方便(bian)使用,可選是否正(zheng)反行程标定;
(2)選擇(ze)測量範圍;
(3)開始實(shi)際标定,産生角位(wèi)移傳感器輸出電(diàn)壓與标定點流量(liang)的對應列表;
(4)自動(dong)進行數據拟合,計(ji)算本機儀表系數(shu),并将内部參數寫(xiě)入浮子流量計。
　　計(ji)算機與智能金屬(shǔ)管浮子流量計通(tōng)訊采用異步串行(hang)通訊方式,由于通(tōng)用串行通訊協議(yì)較複雜,因此,自定(ding)義了一種簡化通(tong)訊協議,其幀格式(shì)爲:
幀首　方向标志(zhi)　命令　數據　校驗　幀(zhēn)尾
　　 其中方向标志(zhì)表示數據的傳送(sòng)方向。“>”爲下行标志(zhì)(0x3E),表示數據由計算(suan)機發送到智能浮(fu)子流量計;“<”爲.上行(háng)标志(0x3C),表示數據由(you)智能浮子流量計(jì)發送到計算機。
　　 根(gen)據功能的不同,設(she)計8種通訊幀,其中(zhong)下行幀5種，分别爲(wèi)電壓采集幀、寫配(pèi)置參數幀、讀配置(zhì)參數幀、寫産品标(biao)識幀和讀産品标(biāo)識幀;上行幀3種,分(fèn)别爲電壓上傳幀(zhen)、配置參數.上傳幀(zhen)和産品标識上傳(chuán)幀。下行幀包括命(ming)令标志,上行幀省(sheng)略命令标志。
1.1.2外部(bu)參數設置
　　 外部參(can)數包括被測介質(zhì)密度、顯示精度、顯(xian)示單位和滿量程(cheng)流量,當測量介質(zhi)爲氣體時，還需設(she)置工況溫度和工(gōng)況壓力。外部參數(shu)可由用戶在使用(yòng)過程中通過3個按(àn).鍵(功能鍵<F>、累加鍵(jian)<↑>和移動鍵<→>)設置,因(yin)此,當管道中的測(cè)量介質和工祝條(tiáo)件發生變化時,用(yòng)戶通過改變其參(cān)數即可保證測量(liàng)的精度，且顯示和(hé)輸出與當前的實(shi)際流量相對應。
　　 通(tōng)過内部參數與外(wai)部參數配合使用(yòng),實現了該儀表生(sheng)産過程與使用過(guò)程的通用性。
1.2硬件(jiàn)設計
　　 硬件結構如(rú)圖2所示,浮子的位(wei)置變化通過擺杆(gǎn)變爲角度變化後(hou)，由電容角位移傳(chuan)感器轉換爲電壓(yā)信号,微處理器通(tong)過内部集成的A/D轉(zhuǎn)換器将該信号變(bian)爲數字量進行流(liu)量計算并累計,将(jiāng)計算結果送液晶(jing)顯示器顯示,并通(tong)過控制PWM輸出,将當(dang)前瞬時流量以4~20mA二(er)線制方式遠傳;鍵(jiàn)盤用于外部參數(shu)設置;數字通訊接(jie)口與計算機連接(jiē)進行内部參數設(she)置。
 
1.21電容角位移傳(chuán)感器設計
　　 根據浮(fú)子行程和擺杆長(zhǎng)度,可确定最大轉(zhuǎn)角爲30°,因此設計了(le)如圖3所示的電容(róng)敏感元件,其測量(liang)角位移範圍0~45*12]1,爲了(le)減少電場邊緣效(xiao)應影響,實際使用(yong)中,電容敏感元件(jian)控制在5~35*變化範圍(wei)。
 
　　 電容測量電路基(jī)于充放電原理,該(gāi)電路具有抗寄生(shēng)電容、雜散電容等(deng)分布電容特性。圖(tu)4爲電容測量電路(lù)示意圖,Vc爲充電電(dian)壓，開關K1、K2、K3、K4受時鍾脈(mo)沖控制。一個完整(zhěng)的測量過程包括(kuo)充放電兩個周期(qi):K1與K2導通,K3與K4關斷爲(wei)充電狀态,将被測(cè)電容G充電到Vc;K1與K2關(guān)斷,K3與K4導通爲放電(diàn)狀态,被測電容中(zhong)的電荷由電荷檢(jian)測器檢出,輸出正(zheng)比于被測電容的(de)電壓信号V0
 
1.22輸出設(she)備設計
　　輸出設備(bei)包括顯示輸出和(he)模拟傳輸出部分(fèn)。
　　雙排液晶作爲顯(xiǎn)示輸出設備,通過(guò)rC總線接收微處理(lǐ)器發送的命令和(hé)數據,同時顯示瞬(shùn)時流量和累計流(liu)量。
　　模拟遠傳模塊(kuài)通過PWM脈寬調制完(wán)成。微處理器根據(jù)設置的滿度流量(liàng)和計算的瞬時流(liú)量,調制輸出脈沖(chòng)的占空比,通過濾(lǜ)波電路轉換爲正(zhèng)比于瞬時流量的(de)電壓值,并經過電(diàn)壓/電流轉換接口(kou)電路,變成4~20mA電流信(xin)号實現遠傳。
1.3軟件(jian)設計
　　軟件采用模(mo)塊化設計,按功能(neng)分爲4部分:輸入、輸(shu)出、流量計算和數(shu)字通訊,各部分根(gen)據具體情況細分(fèn)爲多個模塊，完成(chéng)相應功能，如圖5所(suo)示。
 
　　AD轉換器采集角(jiǎo)位移傳感器輸出(chu)電壓信号,采集時(shi)間間隔爲10ms,采集的(de)電壓值經數字濾(lǜ)波後,用于流量計(ji)算;鍵盤處理模塊(kuai)采用中斷方式,根(gēn)據鍵值,實現表1所(suo)示功能。
 
　　在計算模(mó)塊中,首先利用式(shi)(1)計算标定流量值(zhí),其次,根據内部參(cān)數,确定測量介質(zhi)種類,采用相應的(de)流量修正議程,計(ji)算出實際工況流(liú)量,最後對瞬時流(liu)量進行累計計算(suàn),并存儲于EEPROM。
2整機調(diào)試
　　采用精度爲0.07%的(de)水流量标準裝置(zhi)對15mm口徑的浮子流(liu)量計整機進行标(biāo)定,該浮子量程爲(wei)0.04~0.4m³/h,标定結果如表2所(suǒ)示。
基本誤差計算(suan)公式爲:.
 
　　式中Ƴ爲相(xiàng)對誤差;Xf爲浮子流(liu)量計測量值;Xs爲标(biāo)定點流量值;Xmax爲浮(fú)子流量計最大測(ce)量值。
 
　　該浮子流量(liàng)計最大基本誤差(chà)爲0.75%,滿足1級浮子流(liú)量計的要求。
3結論(lun)
　　本文通用型智能(néng)金屬管浮子流量(liang)計具有較高的智(zhi)能化水平,通過自(zi)主設計的角位移(yi)傳感器将浮子位(wèi)置的變化轉換爲(wèi)反映角度變化的(de)電信号,利用程序(xù)預設的數學模型(xíng)進行流量計算,提(tí)高了計算精度,而(er)且,無需根據被測(cè)介質的密度、工況(kuàng)條件和流量範圍(wei)進行逐台設計制(zhi)造,對于同一管道(dào)傳輸多種介質的(de)情況,用戶可根據(jù)使用情況在線進(jin)行設置,給生産廠(chang)商和使用者帶來(lái)極大的方便。

本文(wen)來源于網絡,如有(yǒu)侵權聯系即删除(chu)！