電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的校驗(yàn)器設(shè)計(jì)方法研究電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的校驗(yàn)器設(shè)計(jì)方法研究
摘要: 設(shè)計(jì)了一種電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器的校驗(yàn)器, 能直接利用電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器輸出的勵(lì)磁電流來(lái)提供校驗(yàn)器的電源及同步信號(hào)而不需要外接電源, 可用于各種電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的校驗(yàn)。實(shí)踐證明, 該校驗(yàn)器的使用, 將大大提高電磁流量計(jì)的測(cè)量精度。
關(guān)鍵詞: 電磁流量計(jì); 信號(hào)轉(zhuǎn)換器; 校驗(yàn)器; 恒流源; 電阻網(wǎng)絡(luò)
1 引言
電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的校驗(yàn)器是一種對(duì)電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行性能測(cè)試及標(biāo)定的裝置, 已有的電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器是由一系列高精度的電阻網(wǎng)絡(luò)組成, 一般只能進(jìn)行定點(diǎn)的測(cè)試及標(biāo)定, 不同廠家的轉(zhuǎn)換器的放大倍數(shù)等參數(shù)不同, 因此, 這樣的電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的校驗(yàn)器只能在無(wú)監(jiān)測(cè)條件下對(duì)特定電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行定點(diǎn)的測(cè)試及標(biāo)定。限制了電磁流量計(jì)應(yīng)用
2 設(shè)計(jì)思路
設(shè)計(jì)的電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的校驗(yàn)器包括待校驗(yàn)的外部電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器和輸出模擬電磁流量計(jì)要測(cè)量的流體流速信號(hào)的電阻網(wǎng)絡(luò)。利用電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器輸出的勵(lì)磁電流提供電源及同步信號(hào), 得到模擬電磁流量計(jì)傳感器的輸出信號(hào), 該模擬信號(hào)相對(duì)大小可無(wú)級(jí)調(diào)整及測(cè)量; 并且可以根據(jù)不同類型的轉(zhuǎn)換器調(diào)整輸出信號(hào), 可以模擬不同的流速信號(hào)及不同的流體阻抗, 輸出信號(hào)的相對(duì)幅值可以用普通數(shù)字電壓表測(cè)量, 可用于不同廠家的電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品的校驗(yàn)。
3 實(shí)現(xiàn)方案
本設(shè)計(jì)包括待校驗(yàn)的外部電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器和輸出模擬電磁流量計(jì)要測(cè)量的流體流速信號(hào)的電阻網(wǎng)絡(luò)。外部電磁流量計(jì)信號(hào)輸轉(zhuǎn)換器的勵(lì)磁電流輸出, 經(jīng)一個(gè)雙向穩(wěn)壓器連接一個(gè)變壓器的初級(jí)輸入。變壓器的次級(jí)輸出連接電阻網(wǎng)絡(luò)的輸入, 電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出經(jīng)一個(gè)全波整流器后, 分別連接一個(gè)續(xù)流電路的輸入和一個(gè)恒流源電器的輸入。恒流源電路的輸出連接一個(gè)取樣電阻; 所述的電阻網(wǎng)絡(luò)同時(shí)輸出模擬電磁流量計(jì)要測(cè)量的流體流速信號(hào), 連接到外部電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入, 該設(shè)計(jì)方案如圖1 所示。4 校驗(yàn)器電路實(shí)現(xiàn)過(guò)程
( 1) 將智能電磁流量計(jì)勵(lì)磁電流s1 的兩個(gè)輸出端分別與雙向穩(wěn)壓電路兩端及變壓器的初級(jí)線圈的兩個(gè)輸入端并聯(lián), 變壓器次級(jí)線圈輸出與s1 電氣隔離的信號(hào)同步源和工作電源s2, 電路原理圖如圖2 所示。
( 2) 變壓器次級(jí)線圈輸出信號(hào)s2 的兩個(gè)輸出端分別接電阻網(wǎng)絡(luò)的輸入端和全波整流器的交流輸入端。全波整流器的直流輸出端為由可調(diào)恒流源和取樣電阻串聯(lián)形成的負(fù)載回路提供電源, 其中全波整流器的陽(yáng)極接可調(diào)恒流源的輸入及續(xù)流電路的一端, 全波整流器的陰極接續(xù)流電路的另一端, 取樣電阻的另一端接恒流源電路的輸出。當(dāng)續(xù)流電路的開(kāi)關(guān)sw1 斷開(kāi)時(shí), 由可調(diào)恒流源確定的電流i 值a 決定了流經(jīng)電阻網(wǎng)絡(luò)輸入端的正負(fù)交變電流i 的正負(fù)幅值a, 使電阻網(wǎng)絡(luò)輸出校驗(yàn)器的輸出信號(hào)s3, s3信號(hào)有正負(fù)幅值b:b=k×ak 為衰減系數(shù), 由電阻網(wǎng)絡(luò)中的電阻值決定。
( 3) 由電容和開(kāi)關(guān)sw1 組成的續(xù)流電路并聯(lián)在全波整流器的直流輸出端, 續(xù)流電路的開(kāi)關(guān)sw1 接通時(shí), 使可調(diào)恒流源確定的電流i 值a 在取樣電阻上形成可直接測(cè)量的直流電壓信號(hào)s4, 通過(guò)信號(hào)s4可以得到信號(hào)s3 交變電流i 的正負(fù)幅值a, a=s4/r, r 是取樣電阻的阻值。
( 4) 通過(guò)在續(xù)流電路的開(kāi)關(guān)sw1 斷開(kāi)時(shí), 由可調(diào)恒流源電流i 值a 確定校驗(yàn)器的輸出信號(hào)s3, 再在續(xù)流電路的開(kāi)關(guān)sw1 閉合時(shí), 通過(guò)在對(duì)信號(hào)s4 的測(cè)量, 得出實(shí)際校驗(yàn)器輸出信號(hào)s3 的正負(fù)幅值b:b=k×s4/r工作時(shí)各部分電流波形如圖3 所示。全波整流電路d2 輸出為u1 提供電源, u1 為可調(diào)恒流源電路, 本例中選用lm334, 通過(guò)調(diào)整r4 可對(duì)其電流進(jìn)行調(diào)整, 電流的大小可通過(guò)測(cè)量r6 兩端的電壓得到。當(dāng)用普通電壓表測(cè)量通過(guò)該電壓時(shí), 要將開(kāi)關(guān)sw1 接通, 電容c1 接入電路起到濾波作用, 使電流源電路得到穩(wěn)定的電源輸入, 從而在r6 兩端得到穩(wěn)定的可準(zhǔn)確測(cè)量的電壓, 測(cè)量完畢斷開(kāi)sw1。在圖2 所示的電路中, 通過(guò)調(diào)整恒流源電流, 得到的電流為2 微安至4 毫安, 可在s3 得到輸出電壓范圍約為0 毫伏至40 毫伏, 相應(yīng)在測(cè)量電阻r6 兩端產(chǎn)生的電壓大小約為200 微伏至400 毫伏, 可用普通數(shù)字電壓表測(cè)量, 調(diào)整r3 及r4, 可使本裝置適應(yīng)不同廠家的電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器的校驗(yàn)。設(shè)計(jì)的電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的校驗(yàn)器工作時(shí), 其各部分的電流波形示于圖3。
5 基于校驗(yàn)器的測(cè)量電路
利用pic18lf2520 等芯片就可以對(duì)電阻r6 兩端的電壓信號(hào)和s3 上的方波信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。從而可以獲得調(diào)節(jié)電壓值和流速信號(hào)值。其電路框圖如圖4 所示。電路的硬件設(shè)計(jì)主要包括信號(hào)調(diào)理, a/d 轉(zhuǎn)換, lcd 顯示及單片機(jī)相關(guān)的外圍電路等部分。電磁流量傳感器得到的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路處理后, 由a/d 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換, 再由cpu 進(jìn)行數(shù)值處理, 采用液晶顯示器顯示相應(yīng)的流速。各個(gè)模塊的只要功能如下:傳感器信號(hào)采集和信號(hào)調(diào)理電路: 核心和難點(diǎn)在于將極化電壓控制到重復(fù)穩(wěn)定的值, 提取出微弱的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì), 并將其調(diào)整到后續(xù)電路可處理的適當(dāng)范圍。由于采用自動(dòng)跟蹤反饋控制的思想, 信號(hào)調(diào)理電路由單片機(jī)控制。a/d 轉(zhuǎn)換電路: 為了保證測(cè)量的精度和穩(wěn)定性,采用了16 位的σ- δ型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器, 測(cè)量精度高,抗力強(qiáng)。單片機(jī)相關(guān)外圍電路: 時(shí)鐘, 復(fù)位電路, 鍵盤和lcd顯示。鍵盤輸入記錄初始零點(diǎn), lcd實(shí)時(shí)顯示流量。電源: 整個(gè)流量測(cè)量系統(tǒng)的供電部分, 采用能量密度很高的鋰電池供電?；谠撔ｒ?yàn)器的電磁流量計(jì)軟件設(shè)計(jì)主程序流6 結(jié)論本設(shè)計(jì)與現(xiàn)有技術(shù)相比, 具有如下顯而易見(jiàn)的突出特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn): 利用勵(lì)磁電流提供電路工作的電源, 省去了通常模擬信號(hào)發(fā)生器所需用的電池;采用輸出電阻網(wǎng)絡(luò)與恒流電路串聯(lián)方式, 所得到的輸出信號(hào)嚴(yán)格對(duì)稱, 能模擬流體在管道中勻速流動(dòng)的狀態(tài); 輸出信號(hào)與勵(lì)磁信號(hào)同步, 信號(hào)大小能無(wú)級(jí)調(diào)整并能測(cè)量相對(duì)大小, 可以適應(yīng)不同廠家的轉(zhuǎn)換器, 特別適合電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行性能校驗(yàn)?；谠撔ｒ?yàn)器所設(shè)計(jì)的電磁流量計(jì), 經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明, 效果良好, 測(cè)量精度得到了很大的提高。
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