簡(jiǎn)介：一種利用(yong)磁阻傳感器(qi)對浮子高度(du)進行檢測的(de)新方法，在✉️此(ci)基礎上設計(jì)了以STM32爲核心(xin)微處理器的(de)智能金屬管(guan)浮子流量計(ji) 。鑒于磁場分(fen)布的複雜性(xing),很難通過理(li)論的方法得(de)到🌏傳😄感器輸(shu)出信号與浮(fú)子高度(或流(liu)量)之間的對(duì)應關系，以實(shi)驗數據爲基(ji)礎，分别采用(yòng)拟合曲線法(fa)和分段線性(xing)修🌂正法得到(dào)傳感⛷️器輸出(chu)與流量之間(jiān)的關系表⭕達(dá)式。通過對比(bǐ)實驗表明,拟(ni)合曲線法測(ce)量精度優于(yu)⛱️分段線性修(xiū)正法。此外爲(wèi)減小溫度漂(piāo)㊙️移對磁阻傳(chuan)感器輸出信(xin)号的影響,系(xì)統在流量修(xiū)正前增加了(le)溫度補償環(huan)節,提高了系(xi)統的測量精(jing)度。
　　浮子流量(liang)計 是以浮子(zi)在錐形管中(zhōng)随流量變化(huà)而升降，改變(bian)它們之間的(de)❓流通面積實(shí)現測量的體(tǐ)積流量儀表(biǎo)，又稱 轉子流(liu)量計 。浮子流(liu)量計按材質(zhi)還可以分爲(wèi)玻璃管浮子(zǐ)流量計、塑料(liao)管浮子流量(liàng)計和 金屬管(guǎn)浮子流量計(jì) 。傳統的金屬(shǔ)管浮子流量(liang)計大都屬于(yu)純機械式,通(tōng)過電磁⚽感應(ying)耦合和機械(xiè)連杆機構,帶(dai)動指針顯示(shi)或者⭕遠傳機(jī)構✂️向遠端輸(shu)出。這種結構(gou)雖然在--定程(cheng)度上提✊高了(le)測量精度,但(dan)是也對機械(xiè)加工的精度(dù)提出了更高(gāo)的要求,且會(hui)因爲機械磨(mó)損導緻測量(liang)精度下降回(hui)。因此本文設(she)計了一種非(fei)接觸式測量(liang)的 智能金屬(shu)管流量計 ，通(tōng)過磁阻傳感(gan)器将浮子高(gao)度的變換轉(zhuan)換爲電信号(hào)傳送至微👅處(chu)理器,利用程(chéng)序預設的數(shu)學模型實🌏現(xiàn)溫🏃‍♂️度補🐆償和(he)流量修正，,提(ti)高了測量精(jing)度并延長📧了(le)儀表的使用(yòng)🔴壽命。
1浮子流(liú)量計基本結(jié)構
　　本文設計(ji)的 非接觸式(shi)金屬管浮子(zǐ)流量計 的結(jié)構如圖1所示(shì)。被測流體從(cong)錐形管自下(xià)而上流動時(shi),浮子受到上(shàng)升的升力,當(dang)浮子受到的(de).上升力與其(qí)所受的浮力(lì)之和大于浮(fu)子的重力時(shí),浮子就會上(shàng)升,當浮子上(shang)升到一定高(gāo)👅度時,浮子所(suo)受的力達到(dao)平衡,浮子最(zui)終将穩定在(zài)某-特定高度(dù)。浮子在錐形(xíng)管中的👣高度(du)與流體通過(guò)錐形管的流(liú)速(流量)有對(duì)應關系。因此(cǐ)隻需測得當(dāng)前浮子的高(gao)度即可得到(dao)流量值。
 
　　浮子在(zài)錐形管中的(de)高度與流體(tǐ)通過錐形管(guan)的流速(流量(liàng))有對應關系(xi),但由于磁場(chǎng)分布的複雜(zá)性,很難通過(guò)理論的方法(fǎ)得到浮子高(gāo)度與磁阻傳(chuan)感器輸出值(zhí)的對應關系(xì)，因此本文基(ji)于實驗數據(jù)分别采用拟(ni)合曲線法和(hé)分段線性修(xiu)正法近❄️似得(de)出該對應關(guan)系。
　　拟合曲線(xiàn)法是通過實(shí)驗測得的數(shu)據，得到傳感(gan)器的輸出值(zhi)與💁當前流速(su)的關系表達(da)式,因此隻需(xu)獲得傳感器(qì)的輸出值,就(jiù)可以算出當(dāng)前的流速。分(fen)段線性修正(zhèng)法是将整個(gè)量程劃🆚分爲(wèi)若幹個段,每(měi)段👌采用不同(tong)的修正函數(shù)進行流量修(xiū)正。本文以管(guan)道直徑爲80mm.流(liú)體類型爲液(ye)體的條件下(xià)進行試驗(如(rú)無💘特别說明(ming)，後💰續☁️的實驗(yan)條件均爲此(cǐ)),此條件下的(de)測量範圍爲(wei)2.5~25m3/h。由于磁☂️阻傳(chuán)感💔器(KMY20)的輸出(chu)受溫度影響(xiǎng)較大，因此需(xū)在流量修🙇‍♀️正(zhèng)前增加溫度(du)補♋償環節。
2測(cè)量方法
　　整個(ge)測量過程包(bāo)括信号獲取(qu),溫度補償、流(liú)量修正、LCD液晶(jīng)顯示等環節(jie)。
　　信号采集包(bao)括溫度傳感(gan)器輸出信号(hao)獲取和磁阻(zǔ)♋傳感器信号(hào)獲取,溫度傳(chuán)感器的輸出(chū)信号通過SPI方(fang)式傳送給❄️微(wei)處理器,用于(yú)🔞對磁阻傳感(gǎn)器的輸出做(zuo)溫度補♊償，磁(cí)阻傳感器的(de)輸出信号将(jiāng)用于流量計(ji)算,經過信号(hao)放大處理後(hòu)直接👣傳送至(zhì)微💔處理器。圖(tu)2爲磁阻傳感(gan)器輸出信号(hao)處理的硬件(jian)電路圖。包括(kuo)☎️電源模塊差(cha)🍓分💰放大模塊(kuai)和電㊙️壓跟随(suí)模塊。電源模(mo)塊采用恒流(liu)源給KMY20磁阻傳(chuán)感器供電,在(zai)--定程度上減(jian)小了溫漂對(duì)傳感器輸出(chū)的影響"。差分(fèn)模塊完成對(duì)傳感器輸出(chū)信号的放大(dà)處理，電壓跟(gen)随模塊減小(xiǎo)🏃了傳感器的(de)輸出💛阻抗。從(cong)圖2可知,經放(fàng)大處理後，傳(chuan)感器的輸出(chū)🌏信号幅值爲(wèi):
 
 
　　圖3是傳感器(qi)輸出信号與(yu)溫度的關系(xi)曲線，可見在(zai)一定範圍内(nei),傳感器輸出(chu)信号幅值與(yu)溫度成反比(bi)關系,可以得(de)到:
 
　　在上一節(jiē)已經介紹過(guo)，非接觸式浮(fú)子流量計流(liu)量🌈測量🥵方法(fǎ)有💰拟合曲線(xian)法和分段線(xian)性修正法，接(jie)下來将具體(tǐ)介紹這兩種(zhong)方💃🏻法。表1是實(shi)驗測得的傳(chuán)感器輸出V2與(yǔ)當前流量(流(liu)速)的對🈲應關(guān)系。
 
　　将傳感器(qi)的輸出V2代入(ru)式(6).(7).(8)即可得到(dao)當前流量，繼(jì)而處⭐理器通(tōng)過SPI通信将流(liu)暈信息傳送(song)至LCD顯示模塊(kuai)。表2~表4分别是(shi)n=1,2,3時采用拟合(he)曲線法設計(jì)的浮子流量(liang)計的測量數(shu)據與标準表(biǎo)所測數據的(de)對比結果,并(bìng)算出示值誤(wù)差。示值誤差(cha)的計算公式(shì)爲:
 
　　其中Qmax爲儀(yi)表最大測量(liàng)流量,Qvs爲被檢(jian)流量計測得(dé)的流量,Qn爲标(biao)準流量裝置(zhì)在該點該測(cè)得的标準體(tǐ)積流量。
 
　　從表(biǎo)2~表4可知，以階(jie)數n=1得到的拟(nǐ)合曲線計算(suan)流體流量❌,示(shi)值誤差最大(da)在2%以.上,拟合(he)效果不理想(xiang),而以階數n=3得(de)到的拟合💃曲(qǔ)線計算流體(ti)流量時,示值(zhi)誤差在🔅1%以内(nèi),滿足測量要(yao)求,但由于拟(ni)合方程相對(dui)複雜,加大了(le)算法⛹🏻‍♀️的複雜(zá)度,使流量計(ji)算占用CPU時間(jiān)變長,降💁低了(le)系統測量的(de)實時性🚶。所以(yǐ)本設計選擇(zé)n=2時拟合得到(dào)的方程來計(jì)算流量,不僅(jin)滿足了系統(tǒng)的🐉實時🈲性要(yào)求,而且系統(tong)的測量👌精度(dù)也在1%以内。
　　分(fèn)段修正法将(jiang)整個測量範(fàn)圍分爲6~12個段(duan)，每段之間采(cǎi)用📞不同的線(xian)性方程進行(hang)修正。表5是采(cai)用分段線♋性(xing)法㊙️設計的浮(fú)子流量計所(suǒ)測流量與标(biāo)準表所測🌏流(liú)量的數據。
 
　　對(duì)比拟合曲線(xian)法(n=2)和分段線(xian)性修正法的(de)測量結果可(kě)以看出,拟合(hé)曲線法的示(shi)值誤差較分(fen)段線性修正(zheng)法高,所以采(cai)用拟🐕合曲線(xiàn)法更利于提(ti)高系統的測(cè)量精度。
3結束(shu)語
　　本文設計(jì)了一款高性(xìng)能的智能型(xíng)浮子流量計(ji)，爲保證測量(liàng)🔆精🏃度和系統(tong)的穩定性,在(zai)流量計算前(qian)增加了溫度(du)補償環節,減(jian)少了溫度對(dui)傳感器輸出(chū)的影響。分别(bié)采用了拟合(he)曲線法和分(fèn)段線性修正(zheng)法進行流量(liang)修正,實驗結(jié)果表明,拟合(hé)曲線法的測(cè)量♋精度明顯(xian)優于分段線(xiàn)性法。

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