簡(jian)介：一(yi)種利(li)用磁(ci)阻傳(chuan)感器(qi)對浮(fu)子高(gao)度進(jin)行檢(jian)測的(de)新方(fang)法，在(zai)此基(ji)礎上(shang)設計(ji)了以(yi)STM32爲核(he)心微(wei)處理(li)器的(de)智能(neng)金屬(shu)管浮(fu)子流(liu)量計(ji) 。鑒于(yu)磁場(chang)分布(bu)的複(fu)雜性(xing),很難(nan)通過(guo)理論(lun)的方(fang)法得(de)🔞到傳(chuan)感器(qi)輸出(chu)信号(hao)與浮(fu)子高(gao)度(或(huo)流量(liang))之間(jian)的對(dui)應關(guan)⛷️系，以(yi)實驗(yan)👅數據(ju)爲基(ji)礎，分(fen)别采(cai)用拟(ni)合曲(qu)線法(fa)和分(fen)段線(xian)性修(xiu)正法(fa)得到(dao)傳感(gan)器輸(shu)出與(yu)流量(liang)之間(jian)的關(guan)系表(biao)達式(shi)。通過(guo)對比(bi)實驗(yan)表明(ming),拟合(he)曲線(xian)法測(ce)量精(jing)度優(you)于分(fen)段線(xian)性修(xiu)正法(fa)。此外(wai)爲減(jian)小溫(wen)度漂(piao)移對(dui)磁阻(zu)傳感(gan)器輸(shu)出信(xin)号的(de)⭕影響(xiang),系統(tong)在流(liu)量修(xiu)正前(qian)增加(jia)了溫(wen)度補(bu)償環(huan)節,提(ti)高了(le)系統(tong)的測(ce)量精(jing)度。
　　浮(fu)子流(liu)量計(ji) 是以(yi)浮子(zi)在錐(zhui)形管(guan)中随(sui)流量(liang)變化(hua)而升(sheng)降，改(gai)變它(ta)們之(zhi)間的(de)💔流🤩通(tong)面積(ji)實現(xian)測量(liang)的體(ti)積流(liu)量儀(yi)表，又(you)稱 轉(zhuan)子流(liu)量計(ji) 。浮子(zi)流量(liang)計按(an)材質(zhi)還可(ke)以分(fen)爲玻(bo)璃管(guan)浮子(zi)流量(liang)計、塑(su)料管(guan)浮子(zi)流量(liang)計和(he) 金屬(shu)管浮(fu)子流(liu)量計(ji) 。傳統(tong)的金(jin)屬管(guan)浮子(zi)流量(liang)計大(da)都屬(shu)于純(chun)機械(xie)式,通(tong)過電(dian)磁🏃🏻感(gan)應耦(ou)合和(he)機械(xie)連杆(gan)機構(gou),帶動(dong)指針(zhen)顯示(shi)或者(zhe)遠傳(chuan)機構(gou)向遠(yuan)端輸(shu)✍️出。這(zhe)種結(jie)構雖(sui)然在(zai)--定程(cheng)度上(shang)提高(gao)了測(ce)量精(jing)度,但(dan)是也(ye)對機(ji)械加(jia)工的(de)精度(du)提出(chu)了更(geng)高的(de)要求(qiu),且會(hui)因爲(wei)機械(xie)磨損(sun)導緻(zhi)測量(liang)精度(du)下降(jiang)回。因(yin)此本(ben)文設(she)♊計了(le)一種(zhong)非接(jie)觸式(shi)測量(liang)的 智(zhi)能金(jin)屬管(guan)流量(liang)計 ，通(tong)過磁(ci)阻傳(chuan)感器(qi)将浮(fu)子高(gao)度的(de)變換(huan)轉換(huan)爲電(dian)信✌️号(hao)傳送(song)至微(wei)🈲處理(li)器,利(li)用程(cheng)序預(yu)設的(de)數學(xue)模型(xing)實現(xian)溫度(du)補📞償(chang)和流(liu)量✉️修(xiu)正🛀，,提(ti)高了(le)測量(liang)精度(du)并延(yan)長了(le)儀表(biao)的使(shi)用壽(shou)命。
1浮(fu)子流(liu)量計(ji)基本(ben)結構(gou)
　　本文(wen)設計(ji)的 非(fei)接觸(chu)式金(jin)屬管(guan)浮子(zi)流量(liang)計 的(de)結構(gou)如圖(tu)1所示(shi)。被測(ce)流體(ti)從錐(zhui)形管(guan)自下(xia)而上(shang)流動(dong)時,浮(fu)子受(shou)到上(shang)升的(de)升力(li),當浮(fu)子受(shou)到的(de).上升(sheng)力與(yu)其所(suo)受的(de)浮力(li)之和(he)大于(yu)浮子(zi)的重(zhong)力時(shi),浮子(zi)就會(hui)上升(sheng),當浮(fu)子✊上(shang)升到(dao)一定(ding)高度(du)時,浮(fu)子所(suo)受的(de)力達(da)到平(ping)衡,浮(fu)子最(zui)終将(jiang)穩定(ding)在某(mou)-特定(ding)高度(du)。浮子(zi)在👨‍❤️‍👨錐(zhui)形管(guan)中的(de)🏃🏻高度(du)與流(liu)體通(tong)過錐(zhui)形管(guan)的流(liu)速(流(liu)量🤟)有(you)對應(ying)關系(xi)。因此(ci)隻需(xu)測得(de)當前(qian)浮子(zi)的高(gao)度☔即(ji)可👣得(de)到流(liu)量🏃值(zhi)。
 
　　浮(fu)子在(zai)錐形(xing)管中(zhong)的高(gao)度與(yu)流體(ti)通過(guo)錐形(xing)管的(de)流速(su)(流🈲量(liang))有✔️對(dui)🌐應關(guan)系,但(dan)由于(yu)磁場(chang)分布(bu)的複(fu)雜性(xing),很難(nan)通過(guo)理🌂論(lun)的方(fang)法得(de)到🧑🏽‍🤝‍🧑🏻浮(fu)子高(gao)度與(yu)磁阻(zu)傳感(gan)器輸(shu)出值(zhi)的對(dui)應關(guan)系，因(yin)此本(ben)文基(ji)于實(shi)驗數(shu)據分(fen)别采(cai)用拟(ni)合曲(qu)線法(fa)和分(fen)段線(xian)性修(xiu)正法(fa)近🛀🏻似(si)得出(chu)該🐇對(dui)應關(guan)系。
　　拟(ni)合曲(qu)線法(fa)是通(tong)過實(shi)驗測(ce)得的(de)數據(ju)，得到(dao)傳感(gan)器🌈的(de)輸♌出(chu)值與(yu)當前(qian)流速(su)的關(guan)系表(biao)達式(shi),因此(ci)隻需(xu)獲得(de)傳感(gan)器的(de)輸出(chu)值,就(jiu)可以(yi)算出(chu)當前(qian)的流(liu)速。分(fen)段線(xian)性修(xiu)正法(fa)是将(jiang)整個(ge)量程(cheng)劃分(fen)爲若(ruo)幹個(ge)段,每(mei)段采(cai)用不(bu)同的(de)修正(zheng)函數(shu)進行(hang)流量(liang)修正(zheng)。本文(wen)以管(guan)道直(zhi)徑爲(wei)80mm.流體(ti)類型(xing)爲液(ye)體的(de)條件(jian)下進(jin)行試(shi)驗(如(ru)無特(te)别說(shuo)明，後(hou)續✔️的(de)實驗(yan)條件(jian)均📞爲(wei)此),此(ci)條件(jian)下的(de)測量(liang)範圍(wei)爲♉2.5~25m3/h。由(you)于磁(ci)✍️阻傳(chuan)感器(qi)(KMY20)的輸(shu)出受(shou)溫度(du)影響(xiang)較大(da)，因此(ci)需在(zai)流量(liang)修正(zheng)前增(zeng)加溫(wen)度補(bu)償🈚環(huan)節。
2測(ce)量方(fang)法
　　整(zheng)個測(ce)量過(guo)程包(bao)括信(xin)号獲(huo)取,溫(wen)度補(bu)償、流(liu)量修(xiu)正、LCD液(ye)晶💜顯(xian)示等(deng)環節(jie)。
　　信号(hao)采集(ji)包括(kuo)溫度(du)傳感(gan)器輸(shu)出信(xin)号獲(huo)取和(he)磁阻(zu)♌傳感(gan)器信(xin)号獲(huo)取,溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)的輸(shu)出信(xin)号通(tong)過SPI方(fang)🛀式傳(chuan)送給(gei)微處(chu)⛹🏻‍♀️理器(qi),用于(yu)🙇‍♀️對磁(ci)阻傳(chuan)感器(qi)的輸(shu)出做(zuo)溫度(du)補償(chang)，磁阻(zu)傳感(gan)器的(de)輸出(chu)信号(hao)将🛀🏻用(yong)于流(liu)量計(ji)算,經(jing)過信(xin)🚶‍♀️号放(fang)大處(chu)理後(hou)直接(jie)傳送(song)至微(wei)處理(li)器。圖(tu)2爲磁(ci)阻傳(chuan)感器(qi)輸出(chu)信号(hao)💋處理(li)的硬(ying)件電(dian)路圖(tu)。包括(kuo)♍電源(yuan)模塊(kuai)差㊙️分(fen)放大(da)模塊(kuai)和電(dian)壓跟(gen)随模(mo)塊。電(dian)源模(mo)塊采(cai)用恒(heng)流源(yuan)給KMY20磁(ci)阻傳(chuan)📐感器(qi)供電(dian),在--定(ding)程度(du)上減(jian)⚽小了(le)溫漂(piao)對傳(chuan)感器(qi)輸出(chu)的影(ying)響"。差(cha)分模(mo)塊完(wan)成對(dui)傳感(gan)器輸(shu)出信(xin)号的(de)放大(da)處理(li)，電壓(ya)跟随(sui)模塊(kuai)減小(xiao)🌈了傳(chuan)感器(qi)的輸(shu)出阻(zu)抗。從(cong)⭐圖2可(ke)知,經(jing)放大(da)處理(li)後，傳(chuan)🧡感器(qi)的輸(shu)出信(xin)号幅(fu)值爲(wei):
 
 
　　圖3是(shi)傳感(gan)器輸(shu)出信(xin)号與(yu)溫度(du)的關(guan)系曲(qu)線，可(ke)見在(zai)一定(ding)範圍(wei)内,傳(chuan)感器(qi)輸出(chu)信号(hao)幅值(zhi)與溫(wen)度成(cheng)反比(bi)關系(xi),可以(yi)得到(dao):
 
　　在上(shang)一節(jie)已經(jing)介紹(shao)過，非(fei)接觸(chu)式浮(fu)子流(liu)量計(ji)流量(liang)🔞測量(liang)方法(fa)有㊙️拟(ni)合曲(qu)線法(fa)和分(fen)段線(xian)性修(xiu)正法(fa)，接下(xia)來将(jiang)具體(ti)介紹(shao)這兩(liang)種方(fang)法。表(biao)1是實(shi)驗測(ce)得的(de)傳感(gan)器輸(shu)出V2與(yu)當前(qian)流量(liang)(流🐉速(su))的對(dui)應關(guan)系。
 
　　将(jiang)傳感(gan)器的(de)輸出(chu)V2代入(ru)式(6).(7).(8)即(ji)可得(de)到當(dang)前流(liu)量，繼(ji)而處(chu)👌理器(qi)通✉️過(guo)SPI通信(xin)将流(liu)暈信(xin)息傳(chuan)送至(zhi)LCD顯示(shi)模塊(kuai)。表👣2~表(biao)4分别(bie)是n=1,2,3時(shi)采用(yong)拟合(he)曲線(xian)法設(she)計的(de)浮子(zi)流量(liang)計的(de)測量(liang)數據(ju)與标(biao)準表(biao)所測(ce)數據(ju)的對(dui)比結(jie)果,并(bing)算出(chu)示值(zhi)誤差(cha)。示值(zhi)誤差(cha)的計(ji)算公(gong)式爲(wei):
 
　　其中(zhong)Qmax爲儀(yi)表最(zui)大測(ce)量流(liu)量,Qvs爲(wei)被檢(jian)流量(liang)計測(ce)得的(de)流量(liang),Qn爲标(biao)準流(liu)量裝(zhuang)置在(zai)該點(dian)該測(ce)得的(de)标準(zhun)體積(ji)♻️流量(liang)。
 
　　從表(biao)2~表4可(ke)知，以(yi)階數(shu)n=1得到(dao)的拟(ni)合曲(qu)線計(ji)算流(liu)體流(liu)量,示(shi)值誤(wu)差最(zui)大在(zai)2%以.上(shang),拟合(he)效果(guo)不理(li)想,而(er)以階(jie)數n=3得(de)到的(de)拟合(he)曲線(xian)💋計算(suan)🌈流體(ti)流量(liang)時,示(shi)值誤(wu)差在(zai)1%以内(nei),滿足(zu)測量(liang)要求(qiu),但由(you)于拟(ni)💘合方(fang)程📧相(xiang)對複(fu)雜,加(jia)大了(le)算法(fa)的複(fu)雜度(du)🌈,使流(liu)量計(ji)算占(zhan)用CPU時(shi)間變(bian)長,降(jiang)低了(le)系統(tong)測量(liang)的實(shi)時性(xing)。所以(yi)本設(she)計選(xuan)擇n=2時(shi)拟合(he)得到(dao)的方(fang)程來(lai)計算(suan)流量(liang),不僅(jin)滿足(zu)了系(xi)統的(de)實時(shi)性要(yao)求,而(er)且系(xi)統🔞的(de)測量(liang)㊙️精度(du)也在(zai)1%以内(nei)。
　　分段(duan)修正(zheng)法将(jiang)整個(ge)測量(liang)範圍(wei)分爲(wei)6~12個段(duan)，每段(duan)之間(jian)❤️采用(yong)🌏不同(tong)👈的📞線(xian)性方(fang)程進(jin)行修(xiu)正。表(biao)5是采(cai)用分(fen)段線(xian)性法(fa)設計(ji)的浮(fu)‼️子流(liu)⛷️量計(ji)所測(ce)流量(liang)與标(biao)準表(biao)所測(ce)流量(liang)的♋數(shu)據。
 
　　對(dui)比拟(ni)合曲(qu)線法(fa)(n=2)和分(fen)段線(xian)性修(xiu)正法(fa)的測(ce)量結(jie)果可(ke)🏃以看(kan)🔴出🔅,拟(ni)🌈合曲(qu)線法(fa)的示(shi)值誤(wu)差較(jiao)分段(duan)線性(xing)修正(zheng)法高(gao),所✏️以(yi)采用(yong)拟合(he)曲♊線(xian)法更(geng)利于(yu)提高(gao)系統(tong)的測(ce)量精(jing)度。
3結(jie)束語(yu)
　　本文(wen)設計(ji)了一(yi)款高(gao)性能(neng)的智(zhi)能型(xing)浮子(zi)流量(liang)計，爲(wei)保證(zheng)測🤞量(liang)精度(du)和系(xi)統的(de)穩定(ding)性,在(zai)流量(liang)計算(suan)前增(zeng)加了(le)溫度(du)補償(chang)環節(jie),減少(shao)了溫(wen)度對(dui)傳感(gan)器輸(shu)出的(de)影響(xiang)。分别(bie)采用(yong)了拟(ni)合曲(qu)線法(fa)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼和分(fen)段線(xian)性修(xiu)正法(fa)進行(hang)流量(liang)修正(zheng),實驗(yan)結果(guo)表明(ming),拟合(he)曲線(xian)㊙️法的(de)測量(liang)精度(du)明顯(xian)優于(yu)分段(duan)線性(xing)法。

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