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基于電磁流量計信號轉(zhuǎn)換器的校驗器設計方法的研究

時間:2021/4/30閱讀:1684
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一 前言:
       電磁流量計信號轉(zhuǎn)換器的校驗器是一種對電磁流量計信號轉(zhuǎn)換器進行性能測試及標定的裝置,已有的電磁流量計信號轉(zhuǎn)換器是由一系列高精度的電阻網(wǎng)絡組成,一般只能進行定點的測試及標定,不同廠家的轉(zhuǎn)換器的放大倍數(shù)等參數(shù)不同,因此,這樣的電磁流量計信號轉(zhuǎn)換器的校驗器只能在無監(jiān)測條件下對特定電磁流量計信號轉(zhuǎn)換器進行定點的測試及標定。限制了電磁流量計應用
二 設計思路:
       設計的電磁流量計信號轉(zhuǎn)換器的校驗器包括待校驗的外部電磁流量計信號轉(zhuǎn)換器和輸出模擬電磁流量計要測量的流體流速信號的電阻網(wǎng)絡。利用電磁流量計信號轉(zhuǎn)換器輸出的勵磁電流提供電源及同步信號,得到模擬電磁流量計傳感器的輸出信號,該模擬信號相對大小可無級調(diào)整及測量;并且可以根據(jù)不同類型的轉(zhuǎn)換器調(diào)整輸出信號,可以模擬不同的流速信號及不同的流體阻抗,輸出信號的相對幅值可以用普通數(shù)字電壓表測量,可用于不同廠家的電磁流量計信號轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品的校驗。
三 實現(xiàn)方案:

       本設計包括待校驗的外部電磁流量計信號轉(zhuǎn)換器和輸出模擬電磁流量計要測量的流體流速信號的電阻網(wǎng)絡,外部電磁流量計信號輸轉(zhuǎn)換器的勵磁電流輸出,經(jīng)一個雙向穩(wěn)壓器連接一個變壓器的初級輸入,變壓器的次級輸出連接電阻網(wǎng)絡的輸入,電阻網(wǎng)絡的輸出經(jīng)一個全波整流器后,分別連接一個續(xù)流電路的輸入和一個恒流源電器的輸入,恒流源電路的輸出連接一個取樣電阻;所述的電阻網(wǎng)絡同時輸出模擬電磁流量計要測量的流體流速信號,連接到外部電磁流量計信號轉(zhuǎn)換器的信號輸入。
四 校驗器電路實現(xiàn)過程:
       1)將電磁流量計勵磁電流S1 的兩個輸出端分別與雙向穩(wěn)壓電路兩端及變壓器的初級線圈的兩個輸入端并聯(lián),變壓器次級線圈輸出與S1電氣隔離的信號同步源和工作電源S2 。

       2)變壓器次級線圈輸出信號S2的兩個輸出端分別接電阻網(wǎng)絡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)形成的負載回路提供電源,其中全波整流器的陽極接可調(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。當續(xù)流電路的開關(guān)SW1斷開時,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)絡輸入端的正負交變電流I的正負幅值A,使電阻網(wǎng)絡輸出校驗器的輸出信號S3,S3信號有正負幅值B; B=KХA K為衰減系數(shù),由電阻網(wǎng)絡中的電阻值決定;
       3)由電容和開關(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)流電路的開關(guān)SW1接通時,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量的直流電壓信號S4,通過信號S4可以得到信號S3交變電流I的正負幅值A,A=S4/R,R是取樣電阻的阻值。
       4)通過在續(xù)流電路的開關(guān)SW1斷開時,由可調(diào)恒流源電流i值A確定校驗器的輸出信號S3,再在續(xù)流電路的開關(guān)SW1閉合時,通過在對信號S4的測量,得出實際校驗器輸出信號S3的正負幅值B: B=KХS4/R 工作時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,通過調(diào)整R4可對其電流進行調(diào)整,電流的大小可通過測量R6兩端的電壓得到。當用普通電壓表測量通過該電壓時,要將開關(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)定的可準確測量的電壓,測量完畢斷開SW1。 在圖2所示的電路中,通過調(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,相應在測量電阻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)字電壓表測量,調(diào)整R3及R4,可使本裝置適應不同廠家的電磁流量計轉(zhuǎn)換器的校驗。設計的電磁流量計信號轉(zhuǎn)換器的校驗器工作時,其各部分的電流波形示于圖3。

五.基于校驗器的測量電路
       利用PIC18LF2520等芯片就可以對電阻R6兩端的電壓信號和S3上的方波信號進行測量。從而可以獲得調(diào)節(jié)電壓值和流速信號值。其電路框圖如圖4所示。電路的硬件設計主要包括信號調(diào)理,A/D轉(zhuǎn)換,LCD顯示及單片機相關(guān)的外圍電路等部分。電磁流量傳感器得到的電壓信號經(jīng)過信號調(diào)理電路處理后,由A /D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換,再由CPU進行數(shù)值處理,采用液晶顯示器顯示相應的流速。各個模塊的只要功能如下: 傳感器信號采集和信號調(diào)理電路:核心和難點在于將極化電壓控制到重復穩(wěn)定的值,提取出微弱的感應電動勢,并將其調(diào)整到后續(xù)電路可處理的適當范圍。由于采用自動跟蹤反饋控制的思想,信號調(diào)理電路由單片機控制。 A/D轉(zhuǎn)換電路:為了保證測量的精度和穩(wěn)定性,采用了16位的∑-△型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器,測量精度高,抗干擾能力強。 單片機相關(guān)外圍電路:時鐘,復位電路,鍵盤和LCD顯示。鍵盤輸入記錄初始零點,LCD實時顯示流量。 電源:整個流量測量系統(tǒng)的供電部分,采用能量密度很高的鋰電池供電。

六.結(jié)論
       本設計與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有如下顯而易見的突出特點和顯著優(yōu)點:利用勵磁電流提供電路工作的電源,省去了通常模擬信號發(fā)生器所需用的電池;采用輸出電阻網(wǎng)絡與恒流電路串聯(lián)方式,所得到的輸出信號嚴格對稱,能模擬流體在管道中勻速流動的狀態(tài);輸出信號與勵磁信號同步,信號大小能無級調(diào)整并能測量相對大小,可以適應不同廠家的轉(zhuǎn)換器,特別適合電磁流量計信號轉(zhuǎn)換器生產(chǎn)過程進行性能校驗?;谠撔r炂魉O計的電磁流量計,經(jīng)過實踐證明,效果良好。測量精度得到了很大的提高。

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