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智能金属管浮子流量计原理详解

1、介绍

  在工业生产和科学测量中,经常遇到流量小,雷诺数低的流量测量。浮子流量计灵敏度高,测量范围宽,压力损失小,压力恒定,测量介质种类多,操作可靠,维护方便,对直管段要求低,因此得到了广泛的应用。

  浮子流量计的浮子位置和流量之间存在明显的相应函数关系,流量可通过测量浮子位移来确定。金属管浮子流量计(以下简称流量计)可以连续测量封闭管道中液体,气体或蒸汽的流量,不仅可以指示本地指示,还可以远程传输信号,可以实现长时间的流量计。距离显示,记录和计算流量测量值。 ,调节和控制功能,因此广泛应用于石油,化工,能源,冶金,医药,轻工,国防等部门的流量检测和过程控制。由于不能直接读取流量计的浮子位移,因此将磁钢密封在浮子中,通过转换器中设置的磁耦合机构获得浮子位移,并将对应于流量的浮子的位移转换为位移传感器的电信号。实现远传。目前常用的位移传感器有两种:差动变压器型传感器和电容式角位移传感器。但是使用这两个位移为了获得与流量对应的位移信号,传感器需要通过磁钢扭转和相应的四连杆,凸轮和其他机械机构进行非线性校正和传动,这将导致许多传动环节复杂化结构和存在。摩擦和间隙增加,这降低了流量计的测量精度。因此,不可能实现流量计转换器的电子化,小型化和智能化。为此,介绍了一种使用霍尔传感器检测浮子位移的智能流量计和一个16位低功耗单片机作为核心处理器。


2、系统组成原理

  流量计使用线性霍尔传感器来检测浮子位移。结合单片机应用系统,完全消除了磁钢事故,非线性校正和传动等机械机构。其工作原理如图1所示。

智能金属管浮子流量计工作原理图

智能金属管浮子流量计工作原理图

  当被测流体从底部到顶部流过锥体时,浮子移位,并且线性霍尔传感器的磁力线角度改变,使得霍尔传感器输出相应的电压。在输出电压输入到单片机应用系统进行处理后,可输出与流量对应的标准电流信号,并可通过标准通讯接口远程交换数据。

  流量计转换两个具有均匀特性的霍尔传感器放置在相应的浮动位移范围的中间,并且两个霍尔传感器的磁敏表面彼此相互900。霍尔传感器的输出电压为:

  E1 = K1·I1·B1·-sinθ

  E2 = K2·I2·B2·sin(90°-θ)

  在公式:

  K1和K2是霍尔灵敏度系数;

  I1和I2是霍尔元件的激励电流;

  B1和B2是霍尔传感器所在的磁感应强度;

  θ是磁场线相对于霍尔传感器的磁敏表面的倾斜角。

  由于两个霍尔传感器使用相同类型的具有相同特性的霍尔传感器,使用相同的激励电流,在相同的高度位置,有K1 = K2,I1 = I2,B1 = B2。可用:

  E1 / E2 =sinθ/ sin(90°-θ)

  =SINθ/COSθ=tgθ

  0 = arctg(E1 / E2)

  可以看出,磁力线的倾斜角可以从E,E2获得。

  从图1中可以看出,当浮子上升时,它通过霍尔传感。装置的磁力线的角度顺时针变化,因此获得倾斜角θ以获得浮子的位移。


3、单片机应用系统硬件设计

  微控制器应用系统的框图如图2所示。系统控制器是MSP430F149微控制器的一部分。 M SP430F149的主要特性和功能如下:

(1)超低电流消耗:采用CPUOFF和OSCOFF模式,可以在电压降至1.8V的情况下工作。

(2)基本时钟模块:包括一个数控振荡器(DCO)和两个晶体振荡器。

(3)系统内置模块:LCD驱动器,A / D转换器,1 / O端口,USART串口,看门狗,定时器,硬件乘法器,模拟比较器,EPROM等。

(4)16位RISC结构,125as指令周期,唤醒时间等待模式为61xso

(5)软件可以在RAM中运行。程序可以通过UART或测试引脚加载到RAM中,并可以实时运行。降低测试和调试的成本。

(6)只有三种指令格式,所有这些都是正交结构,简化了程序的开发。 ROM读取,RAM访问,数据处理,I / O和其他外围操作使用通用指令而无需特殊说明。

(7)系统运行稳定。上电复位后,CPU首先由DCOCLK启动,以确保程序从正确的位置开始,确保晶体振荡器有足够的振荡和稳定时间。如果用作CPU时钟MCLK时晶体振荡器发生故障,DCO将自动启动以确保系统正常运行;如果程序运行,监视程序可以重置它。

(8)通过高级语言编程功能,开发了C编译器以支持JTAG仿真。

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  线性霍尔传感器将浮动位移转换为电压信号。在放大器放大后,16位MCU执行算术处理和非线性校正以获得流量值。一方面,它被发送到LCD显示器,另一方面,它被发送到DAC进行转换。然后将数量转换成输出转换电路输出的标准电流信号。此外,它还可以通过串行通信接口RS485与主机交换数据。


4、软件设计

  该软件的主要流程图如图3所示。当微控制器上电并复位时,必须首先执行初始化程序。然后,顺序确定功能模块的标志位。当标志位有效时,执行功能模块的程序。如果标志位无效,则跳过执行。当程序执行到最后时,环回返回初始化。

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  标准电流输出模块和RS485串行通信模块标志由扫描拨号开关部分确定;数据存储部分连续读取时钟芯片DS1307以确定预设存储时间是否已经过去,并在存储时间之后进入。数据存储子程序。 RS485通信实现了数据的远程传输。人们不必直接去现场查看各种仪表的参数值。通过查看通信接口,可以获得当前和历史数据。


5、结论

  由于霍尔传感器用于位移检测,流量计的转换器不需要任何可移动的机械部件,实现全电子化和小型化,大大降低了滞后现象;使用16位单片机进行线性校正和计算,将流量计的流量指示精度从2.0提高到1.0。

  从以上分析可以看出,霍尔传感器和16位单片微型计算机的使用使流量计小型化,数字化和智能化,提高了流量计的精度,增加了流量计的功能,并使现场总线型流量计的开发成为可能。


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点击次数:  更新时间:2018-07-24 17:01:42  【打印此页】  【关闭