低功耗智能渦街流量計(jì)的研制.pdf

1、渦街流量計(jì)，又稱卡門旋渦流量計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、使用壽命長、量程范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，因此有著廣泛的應(yīng)用。本文討論的就是受河北宏業(yè)機(jī)械股份有限公司儀表研究所委托開發(fā)的“低功耗智能渦街流量計(jì)”系統(tǒng)。 該系統(tǒng)主要包括渦街傳感器信號(hào)采集電路和低功耗型轉(zhuǎn)換顯示電路兩部分。渦街傳感器采用壓電陶瓷制成，可感應(yīng)旋渦發(fā)生體下游兩側(cè)交替發(fā)生的渦列的橫向推力，產(chǎn)生頻率與流速成正比的交變電荷信號(hào)。渦街傳感器信號(hào)采集電路由電荷放大器、交流放大器、二階低

2、通濾波器和施密特整形電路組成，將交變電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換成可供單片機(jī)采集的脈沖頻率信號(hào)。針對(duì)現(xiàn)有電路測(cè)量下限頻率時(shí)儀表系數(shù)線性度差，標(biāo)稱的上限頻率難以測(cè)到，“掉波”和“增波”現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生的情況，我們做了大量實(shí)驗(yàn)，對(duì)存在的問題進(jìn)行定性和定量分析，將電路結(jié)構(gòu)和阻容參數(shù)重新調(diào)整，新的電路不但在小流量時(shí)能準(zhǔn)確測(cè)量，頻率上限也得到大幅提高，而且可以通過撥碼開關(guān)切換阻容參數(shù)使電路能適用于不同口徑管道的液體、氣體和飽和蒸汽的測(cè)量。 轉(zhuǎn)換顯示電路以TI

3、超低功耗16位混合信號(hào)處理器MSP430F149為控制核心，對(duì)前置放大電路輸出的渦街頻率信號(hào)進(jìn)行精確測(cè)量，轉(zhuǎn)換、處理后得到瞬時(shí)流量和累積流量，并通過雙排LCD直觀地顯示出來。同時(shí)電路集成了溫度檢測(cè)功能，通過溫度補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)飽和蒸汽的質(zhì)量流量測(cè)量。對(duì)于儀表系數(shù)的非線性采用五段線性插值方法進(jìn)行修正，大大提高了儀表測(cè)量的精確度。外擴(kuò)了非易失性鐵電存儲(chǔ)器作為累積流量的存儲(chǔ)介質(zhì)，通過定時(shí)保存和掉電保存兩種機(jī)制對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。系統(tǒng)采用雙電源供電，并

4、可實(shí)現(xiàn)內(nèi)置電池和外部電源的自動(dòng)切換。對(duì)電池電壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具有低電報(bào)警和掉電保護(hù)等功能。重點(diǎn)設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面，用戶通過鍵盤可以設(shè)置如流體密度、采樣時(shí)間、流量上限、流量下限、儀表系數(shù)、補(bǔ)償方式等浮點(diǎn)型參數(shù)，并具有累積量清除功能。單片機(jī)用于渦街流量信號(hào)的處理與積算，使本系統(tǒng)朝智能化方向又邁進(jìn)一步。硬件電路和系統(tǒng)程序均采用低功耗設(shè)計(jì)理念，充分利用單片機(jī)的低功耗模式使CPU盡長時(shí)間處于休眠狀態(tài)，外圍芯片均選用低電壓、微功率并可由單片機(jī)關(guān)斷的器件，