簡(jian)介：一種利用(yong)磁阻傳感器(qì)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(guǎn)浮子流量計(ji) 。鑒于磁場分(fen)布的複雜性(xing),很難通過理(lǐ)論的方法得(dé)到傳💞感器輸(shu)出信号與浮(fu)子高度(或流(liu)量)之間的對(dui)⛹🏻‍♀️應關❄️系，以實(shí)驗數據爲基(jī)礎，分别采用(yòng)拟合曲線法(fǎ)和分段線性(xìng)修正法得到(dào)傳感器輸出(chu)與流量之間(jian)的關系表達(dá)式。通過對比(bǐ)實驗表明,拟(nǐ)合曲線法測(cè)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(xìn)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(liàng)計 是以浮子(zǐ)在錐形管中(zhong)随流量變化(hua)而升降，改變(bian)它們之間的(de)流通面積實(shí)現測量的體(ti)積流量儀表(biǎo)，又稱 轉子流(liú)量計 。浮子流(liu)量計按材質(zhi)還可以分爲(wei)玻璃管浮子(zǐ)流量計、塑💃🏻料(liao)管🏃🏻‍♂️浮🔅子流量(liang)計和 金屬管(guan)浮子流量計(jì) 。傳統的金屬(shǔ)管浮子流量(liang)計大都屬于(yú)純機械式,通(tōng)過電磁感💘應(yīng)耦合和機械(xiè)連杆機構,帶(dài)動指針顯示(shì)🐇或者遠傳機(ji)構向遠端輸(shū)出。這種結構(gòu)雖然在--定程(chéng)度上提高了(le)測量精度,但(dan)是也對機械(xiè)加工的精度(du)提出了更高(gao)的要求,且會(huì)因爲機械磨(mó)損導緻測量(liang)精度下降回(huí)。因此本文設(shè)計了一種非(fei)接觸式測量(liang)的 智能金屬(shǔ)管流量計 ，通(tong)過磁阻傳感(gan)器将浮子高(gao)度的變換轉(zhuǎn)換爲電信♊号(hào)傳送至微處(chù)理器,利用程(chéng)序預設的數(shu)學模型實現(xian)溫度補償和(he)⁉️流量修正🈲，,提(ti)高了測量精(jīng)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(jie)構如圖1所示(shi)。被測流體從(cong)錐形管自下(xia)而上流動時(shi),浮✨子受到上(shang)升的升力,當(dāng)浮子受到的(de).上升力與其(qi)所受的浮力(li)之和大于浮(fu)子的重力時(shí),浮子就會上(shang)升,當浮子上(shàng)升到一定高(gao)度時,浮子所(suo)受的力達到(dào)平衡,浮子最(zui)終将穩定在(zai)⭕某-特定高度(dù)。浮子在🐉錐形(xing)管中的高度(dù)與流體通過(guò)錐形管的流(liu)速(流量)有對(dui)應關系。因此(cǐ)隻需測得當(dāng)前浮子的高(gao)度😘即可✔️得到(dào)流量值。
 
　　浮子在(zài)錐形管中的(de)高度與流體(ti)通過錐形管(guǎn)的流速(流量(liàng))有對應關系(xì),但由于磁場(chang)分布的複雜(za)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(zhi)的對應關系(xi)，因此本文基(ji)于實驗數據(ju)分别采用拟(ni)合曲線法和(hé)☂️分段線性修(xiū)正法近似得(dé)出該🤟對應關(guān)系。
　　拟合曲線(xian)法是通過實(shi)驗測得的數(shù)據，得到傳感(gan)器的輸出值(zhí)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(fèn)段線性修❤️正(zheng)法是将整個(ge)🤟量程劃分爲(wèi)若幹個段,每(mei)段采用不同(tóng)的修正函🛀🏻數(shù)進行流量修(xiū)正。本文以管(guan)道直徑爲80mm.流(liu)體🧡類型爲液(yè)體💚的條件下(xià)進行試驗(如(rú)無特别說明(míng)，後續🔅的實驗(yàn)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(chuan)感器(KMY20)的輸出(chū)受溫度影響(xiang)較👨‍❤️‍👨大，因此需(xu)在流量修正(zheng)前增加溫度(dù)補償環節。
2測(cè)量方法
　　整個(ge)測量過程包(bao)括信号獲取(qu),溫度補償、流(liú)量修正、LCD液晶(jing)顯🈲示等環節(jiē)。
　　信号采集包(bāo)括溫度傳感(gan)器輸出信号(hào)獲取和磁阻(zǔ)傳🌂感器信号(hao)🐉獲取,溫度傳(chuán)感器的輸出(chu)信号通過SPI方(fāng)😄式傳🌐送給微(wei)處理器,用于(yú)對磁阻傳感(gǎn)器的輸出做(zuò)溫度補償，磁(cí)阻傳感器的(de)輸出❓信号将(jiang)用于流量計(ji)算,經過信号(hào)放大處理後(hou)直接♉傳送至(zhì)微處理器。圖(tú)2爲磁阻傳感(gan)❌器輸出信号(hào)🚶‍♀️處理的硬件(jiàn)電路圖。包括(kuò)電源模塊差(cha)分放大模塊(kuai)和電壓跟随(sui)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(dui)傳感器輸出(chu)的影響"。差分(fen)模塊完成對(dui)傳感器輸🔴出(chū)信号的放‼️大(dà)處理，電壓跟(gen)随模塊減小(xiao)了傳感器的(de)輸出阻抗。從(cóng)😄圖2可知,經放(fang)大處理後，傳(chuán)🔴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(xì)曲線，可見在(zài)一定範圍内(nèi)🏃,傳感器輸出(chu)信号幅值與(yǔ)溫度成反比(bi)🏃關系,可以得(dé)到:
 
　　在上一節(jie)已經介紹過(guo)，非接觸式浮(fu)子流量計流(liú)量測💁量方法(fa)有拟合曲線(xian)法和分段線(xiàn)性修正法，接(jiē)下來将具體(ti)介紹這兩㊙️種(zhǒng)方🧡法。表1是實(shí)驗測得的傳(chuán)感器輸出V2與(yu)當前流量(流(liu)速)的對應關(guān)系。
 
　　将傳感器(qì)的輸出V2代入(rù)式(6).(7).(8)即可得到(dào)當前流量，繼(jì)而處理器♊通(tōng)過SPI通信将流(liu)暈信息傳送(sòng)至LCD顯示模塊(kuai)。表2~表4分别是(shi)n=1,2,3時采用拟合(hé)曲線法設計(jì)的浮子流量(liàng)計的測量數(shu)據與标準表(biao)所測數據的(de)對比結果,并(bing)算出示值誤(wu)差。示值誤差(cha)的計算公式(shi)爲:
 
　　其中Qmax爲儀(yi)表最大測量(liang)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(zhi)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(ni)合曲線計算(suàn)流體流量,示(shì)🐉值誤✊差最大(dà)在2%以.上,拟合(hé)效果不理想(xiang),而以階數n=3得(dé)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(jì)算占用CPU時間(jian)變長,降低了(le)系統測🌂量的(de)實時性。所以(yǐ)本設計選擇(ze)n=2時拟合得到(dào)的方程來計(jì)算流量,不僅(jǐn)滿足了系統(tǒng)的實時性要(yao)求,而且系統(tǒng)的測量💚精度(dù)也在😍1%以内。
　　分(fèn)段修正法将(jiāng)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(xiàn)性方程進行(hang)修正。表5是采(cai)用分段線性(xìng)法設計的浮(fu)子流量計所(suǒ)測流量與标(biao)準表所測流(liú)量的數據。
 
　　對(duì)比拟合曲線(xiàn)法(n=2)和分段線(xiàn)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(fèn)段線性修正(zheng)法高,所以采(cai)用拟合曲線(xian)法更利于提(ti)高系統的測(cè)量精度。
3結束(shu)語
　　本文設計(ji)了一款高性(xìng)能的智能型(xíng)浮子流量計(ji)，爲保證測量(liang)精度和系統(tǒng)的穩定性,在(zai)流量計算前(qián)增加了溫度(dù)🔴補償環節,減(jiǎn)少了溫度對(dui)傳感器輸出(chu)的影響。分别(bié)采用🔞了拟合(hé)♌曲線法㊙️和分(fen)段線性修正(zhèng)法進行流量(liang)修正,實驗結(jie)果表明,拟合(he)曲線法的測(ce)量精度明顯(xiǎn)優于分段線(xian)性🚶‍♀️法。

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