金屬管浮子流量計在整個測量過程包括信號獲取,溫度補償、流量修正、LCD液晶顯示等環節。
信號采集包括溫度傳感器輸出信號獲取和磁阻傳感器信號獲取,溫度傳感器的輸出信號通過SPI方式傳送給微處理器,用于對磁阻傳感器的輸出做溫度補償，磁阻傳感器的輸出信號將用于流量計算,經過信號放大處理后直接傳送至微處理器。圖2為磁阻傳感器輸出信號處理的硬件電路圖。包括電源模塊差分放大模塊和電壓跟隨模塊。電源模塊采用恒流源給KMY20磁阻傳感器供電,在--定程度上減小了溫漂對傳感器輸出的影響"。差分模塊完成對傳感器輸出信號的放大處理，電壓跟隨模塊減小了傳感器的輸出阻抗。從圖2可知,經放大處理后，傳感器的輸出信號幅值為:
圖3是傳感器輸出信號與溫度的關系曲線，可見在一定范圍內,傳感器輸出信號幅值與溫度成反比關系,可以得到:
在上一節已經介紹過，非接觸式浮子流量計流量測量方法有擬合曲線法和分段線性修正法，接下來將具體介紹這兩種方法。表1是實驗測得的傳感器輸出V2與當前流量(流速)的對應關系。
將傳感器的輸出V2代入式(6).(7).(8)即可得到當前流量，繼而處理器通過SPI通信將流暈信息傳送至LCD顯示模塊。表2~表4分別是n=1,2,3時采用擬合曲線法設計的浮子流量計的測量數據與標準表所測數據的對比結果,并算出示值誤差。示值誤差的計算公式為:
其中Qmax為儀表最大測量流量,Qvs為被檢流量計測得的流量,Qn為標準流量裝置在該點該測得的標準體積流量。
從表2~表4可知，以階數n=1得到的擬合曲線計算流體流量,示值誤差最大在2%以.上,擬合效果不理想,而以階數n=3得到的擬合曲線計算流體流量時,示值誤差在1%以內,滿足測量要求,但由于擬合方程相對復雜,加大了算法的復雜度,使流量計算占用CPU時間變長,降低了系統測量的實時性。所以本設計選擇n=2時擬合得到的方程來計算流量,不僅滿足了系統的實時性要求,而且系統的測量精度也在1%以內。
分段修正法將整個測量范圍分為6~12個段，每段之間采用不同的線性方程進行修正。表5是采用分段線性法設計的金屬管浮子流量計所測流量與標準表所測流量的數據。
對比擬合曲線法(n=2)和分段線性修正法的測量結果可以看出,擬合曲線法的示值誤差較分段線性修正法高,所以采用擬合曲線法更利于提高系統的測量精度。 |
