簡(jian)介：一種(zhong)利用磁(ci)阻傳感(gǎn)器對浮(fú)子高度(du)進行檢(jiǎn)測的新(xin)方👉法，在(zai)此基礎(chu)上設計(jì)了以STM32爲(wei)核心微(wei)處理器(qì)的智能(néng)金屬管(guan)浮子流(liú)量計 。鑒(jiàn)于磁場(chang)分布的(de)複雜性(xìng),很難通(tōng)過理論(lun)的方法(fǎ)得到傳(chuan)感器輸(shū)出信号(hào)與浮子(zi)高度(或(huò)流量)之(zhī)間的對(duì)應關系(xì)，以實驗(yan)㊙️數據爲(wèi)基礎，分(fen)别采用(yong)拟合曲(qu)線法和(hé)分段線(xiàn)性修正(zheng)法得到(dao)傳感☂️器(qi)輸出與(yu)流量之(zhi)間的關(guan)系表達(da)式。通過(guò)對比實(shi)驗表明(míng),拟合曲(qu)線法測(ce)💋量精度(dù)優于分(fèn)段線性(xing)修🧑🏽‍🤝‍🧑🏻正法(fa)。此外爲(wèi)減小溫(wen)度漂移(yí)對磁阻(zu)傳感器(qi)輸出信(xìn)号的影(ying)響,系統(tǒng)在流量(liàng)修正前(qian)增加了(le)溫度補(bǔ)償環節(jie),提高了(le)系統的(de)測量精(jīng)度。
　　浮子(zǐ)流量計(ji) 是以浮(fú)子在錐(zhui)形管中(zhong)随流量(liàng)變化而(er)升降，改(gǎi)變它們(men)之間的(de)流通面(miàn)積實現(xiàn)測量的(de)體積流(liu)量儀表(biǎo)，又稱 轉(zhuan)子流量(liang)計 。浮子(zi)流量計(jì)按材質(zhì)還可以(yǐ)分爲玻(bō)璃管浮(fu)子流量(liang)計、塑料(liao)管浮🈲子(zi)流量計(ji)和 金屬(shǔ)管浮子(zǐ)流量計(jì) 。傳統的(de)金屬管(guan)浮子流(liu)量計大(da)都屬于(yu)純機械(xie)式,通過(guò)電磁感(gan)應💃耦合(he)和機械(xiè)連杆機(jī)構,帶動(dong)指針顯(xian)示或者(zhe)遠傳機(ji)構🔅向遠(yuan)♍端輸出(chū)。這種結(jié)構雖然(rán)在--定程(chéng)度上提(tí)高了測(cè)量精度(du),但是也(yě)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(cè)量精度(du)下降回(huí)⭕。因此本(ben)文設計(jì)了一種(zhǒng)非接觸(chù)式測量(liang)的 智能(neng)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(huan)轉換爲(wei)電信号(hào)傳送至(zhì)微處理(li)器,利用(yòng)程序預(yù)設的數(shù)學模型(xíng)實現溫(wēn)度補償(cháng)和流量(liàng)修正🔅，,提(tí)高了測(cè)量精度(du)并延長(zhǎng)了儀表(biao)的使用(yòng)壽命。
1浮(fu)子流量(liàng)計基本(ben)結構
　　本(ben)文設計(ji)的 非接(jiē)觸式金(jīn)屬管浮(fu)子流量(liang)計 的結(jie)構如圖(tu)1所示。被(bèi)測流體(tǐ)從錐形(xíng)管自下(xià)而上流(liú)動👌時,浮(fu)子🌈受到(dào)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(dà)于浮子(zi)的重力(li)時,浮子(zi)就會上(shang)升,當浮(fu)子💋上升(shēng)到一定(ding)高度時(shí),浮子所(suo)受的力(lì)達到平(ping)衡,浮子(zǐ)最終将(jiāng)穩定在(zài)某-特定(dìng)高度。浮(fú)子在錐(zhuī)形管中(zhong)的高度(dù)與流體(ti)通過錐(zhui)形管的(de)流速(流(liú)量👉)有對(dui)應關系(xi)☂️。因㊙️此隻(zhi)需測得(de)當前浮(fú)子的高(gao)度即可(kě)📧得到流(liú)量值。
 
　　浮(fú)子在錐(zhui)形管中(zhong)的高度(dù)與流體(tǐ)通過錐(zhuī)形管的(de)流速(流(liu)量)有對(duì)應關系(xì),但由于(yu)磁場分(fèn)布的複(fu)雜性,很(hěn)難通過(guò)理論的(de)👅方法得(dé)到浮子(zi)高度與(yu)磁阻傳(chuán)感器輸(shū)出值的(de)對應關(guan)系，因此(cǐ)本文基(jī)于實😄驗(yan)數據分(fen)别采用(yòng)拟合曲(qǔ)線法和(hé)分段線(xian)性修正(zheng)法近似(sì)得出該(gai)對應關(guan)系。
　　拟合(he)曲線法(fǎ)是通過(guò)實驗測(ce)得的數(shu)據，得到(dao)傳感器(qì)的輸出(chu)值與當(dāng)前流速(su)的關系(xì)表達式(shì),因此隻(zhi)需獲得(dé)傳感器(qi)的輸🛀🏻出(chū)值,就可(kě)以算出(chū)當前的(de)流速。分(fèn)段線性(xìng)修正法(fǎ)是将整(zhěng)個☂️量程(chéng)劃分爲(wei)若🤞幹個(gè)段,每段(duan)采用不(bú)同的修(xiu)正函🌂數(shu)進行流(liú)量修正(zhèng)。本😍文以(yi)管道🐆直(zhi)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(bié)說明，後(hou)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻續的實(shi)驗條件(jian)均爲此(ci)),此條件(jiàn)下的測(cè)量範圍(wéi)爲🧑🏾‍🤝‍🧑🏼2.5~25m3/h。由于(yú)磁阻傳(chuan)感器(KMY20)的(de)輸出受(shòu)溫度影(yǐng)響較大(da)，因此需(xu)在流量(liàng)修正前(qián)增加溫(wen)度補償(cháng)環節。
2測(cè)量方法(fǎ)
　　整個測(ce)量過程(chéng)包括信(xin)号獲取(qu),溫度補(bǔ)償、流量(liang)修正、LCD液(yè)❗晶顯示(shì)等環節(jiē)。
　　信号采(cǎi)集包括(kuò)溫度傳(chuan)感器輸(shū)出信号(hao)獲取和(hé)磁阻傳(chuán)感器信(xìn)号☀️獲取(qǔ),溫度傳(chuán)感器的(de)輸出信(xin)号通過(guò)SPI方式傳(chuan)送給微(wei)處理器(qì),用于對(dui)磁阻傳(chuan)感器的(de)輸出做(zuo)溫度補(bǔ)償，磁阻(zu)傳感器(qì)的輸出(chū)信号将(jiang)用于流(liu)量計算(suàn),經過信(xìn)号放大(dà)處☁️理後(hou)直接傳(chuán)送至微(wei)處理器(qì)。圖🔴2爲磁(cí)阻傳感(gǎn)💋器輸出(chu)信号處(chù)理的硬(yìng)件電路(lu)圖。包括(kuò)電源模(mo)塊差分(fen)放大模(mo)塊和電(diàn)🛀🏻壓跟随(suí)模塊。電(diàn)🧡源模🙇🏻塊(kuài)采用恒(héng)🈚流源給(gěi)KMY20磁阻傳(chuan)感器供(gòng)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(kuài)完成對(duì)傳感器(qi)輸出信(xìn)号的放(fàng)大處理(lǐ)，電壓跟(gen)随模塊(kuai)減小♉了(le)傳感器(qì)的輸出(chu)阻抗。從(cong)圖2可知(zhī),經放大(dà)處理後(hòu)，傳✊感器(qi)的輸出(chū)信号幅(fu)值爲:
 
 
　　圖(tú)3是傳感(gan)器輸出(chū)信号與(yu)溫度的(de)關系曲(qu)線，可見(jiàn)在一定(ding)範圍内(nei),傳感器(qì)輸出信(xin)号幅值(zhi)與溫度(du)成反比(bi)關系,可(kě)以得到(dào):
 
　　在上一(yi)節已經(jing)介紹過(guo)，非接觸(chù)式浮子(zi)流量計(jì)流量測(cè)量方法(fa)有拟合(he)曲線法(fǎ)和分段(duan)線性修(xiu)正法，接(jie)下來将(jiāng)具體介(jiè)紹這兩(liǎng)種方法(fa)。表1是實(shí)驗測得(de)的傳感(gan)器輸出(chū)V2與當前(qian)🛀🏻流量(流(liú)速)的對(duì)應關系(xì)。
 
　　将傳感(gan)器的輸(shu)出V2代入(ru)式(6).(7).(8)即可(kě)得到當(dang)前流量(liàng)，繼而處(chù)理器通(tōng)過SPI通信(xin)将流暈(yun)信息傳(chuan)送至LCD顯(xian)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(yǔ)标準表(biao)❄️所測數(shù)據的對(dui)比結果(guǒ),并算出(chū)示值誤(wu)差。示值(zhí)誤🐆差的(de)計算公(gong)式爲:
 
　　其(qí)中Qmax爲儀(yí)表最大(dà)測量流(liu)量,Qvs爲被(bei)檢流量(liàng)計測得(dé)的流量(liang),Qn爲🔞标準(zhun)流量裝(zhuāng)置在該(gai)點該測(ce)得的标(biao)準體積(ji)流量♊。
 
　　從(cong)表2~表4可(kě)知，以階(jie)數n=1得到(dao)的拟合(he)曲線計(jì)算流體(ti)流量✉️,示(shi)值😍誤差(cha)最大在(zai)2%以.上,拟(nǐ)合效果(guo)不理想(xiang),而以階(jiē)數n=3得到(dào)的拟合(hé)曲線✊計(ji)算🍓流體(ti)流量時(shí),示值誤(wù)差在1%以(yi)内,滿足(zú)測量要(yao)求,但由(you)于拟合(hé)方程相(xiàng)對複雜(za),加大了(le)算法的(de)複雜度(du),使流量(liàng)計算占(zhàn)用CPU時間(jiān)變長,降(jiàng)低了系(xi)統測量(liang)的實時(shi)性。所以(yi)本設計(jì)📞選擇n=2時(shi)拟合得(dé)到的方(fang)程來計(jì)算流量(liàng),不僅✂️滿(man)足了系(xi)統的實(shi)時✔️性要(yào)求,而且(qie)系統🌈的(de)測量💁精(jīng)度也在(zài)1%以内。
　　分(fen)段修正(zhèng)法将整(zheng)個測量(liang)範圍分(fèn)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(ce)流量與(yu)标準表(biao)所測流(liú)量的數(shù)據。
 
　　對比(bi)拟合曲(qu)線法(n=2)和(hé)分段線(xian)性修正(zhèng)法的測(ce)量結果(guǒ)可以看(kan)出,拟合(he)曲線法(fǎ)的示值(zhi)誤差較(jiao)分段線(xian)性修正(zhèng)法高,所(suǒ)以采用(yòng)拟合曲(qu)線法更(gèng)利于提(ti)高系統(tong)的測量(liang)精度。
3結(jié)束語
　　本(běn)文設計(jì)了一款(kuǎn)高性能(néng)的智能(neng)型浮子(zi)流量計(jì)，爲🔴保證(zheng)🔞測量精(jīng)度和系(xì)統的穩(wěn)定性,在(zai)流量計(ji)算前增(zeng)加了溫(wēn)度補償(cháng)環節,減(jian)少了溫(wēn)度對傳(chuan)感器輸(shu)出的影(ying)響。分🐆别(bié)采用了(le)拟合曲(qu)線法和(he)分段線(xiàn)性修正(zheng)法進行(háng)流量修(xiū)正,實驗(yàn)結果表(biǎo)明,拟合(he)曲線法(fǎ)的測量(liang)精度明(míng)顯優于(yú)分段線(xian)性🥰法。

本(běn)文來源(yuan)于網絡(luò),如有侵(qin)權聯系(xi)即删除(chú)！