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(ji)了以STM32爲核心(xīn)微處理器的(de)智能金屬管(guan)浮子流量計(jì) 。鑒于磁場分(fèn)布的複雜性(xìng),很難通過理(lǐ)論的方法得(de)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(xing)修正法得到(dao)傳感器輸出(chu)與流量之間(jiān)的關系表達(dá)式。通過對比(bi)實驗表明,拟(ni)合曲線法測(ce)量精度優于(yu)分段線性修(xiu)正法。此外爲(wei)減小溫度漂(piao)移對磁阻傳(chuán)感器輸出信(xin)号的影響,系(xì)統在流量修(xiū)正前增加了(le)溫度補償環(huán)節,提高了系(xi)統的測量精(jīng)度。
　　浮子流量(liàng)計 是以浮子(zǐ)在錐形管中(zhōng)随流量變化(hua)而升降，改變(bian)它們之間的(de)流通面積實(shi)現測量的體(ti)積流量儀表(biao)，又稱 轉子流(liu)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(liào)管浮🔱子流量(liang)計和 金屬管(guǎn)浮子流量計(ji) 。傳統的金屬(shu)管浮子流量(liàng)計大都屬于(yu)純機械式,通(tōng)過電磁感應(yīng)耦合和機械(xiè)連杆機構,帶(dai)動指針顯示(shi)🈚或者遠傳🏃‍♂️機(jī)構向遠⁉️端輸(shu)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(gāo)的要求,且會(hui)因爲機械磨(mo)損導緻測量(liàng)🔞精度下降回(hui)。因此本文設(shè)計了一種非(fei)接觸式測量(liàng)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(hao)傳送至微🌈處(chu)理器,利用程(chéng)序預設的數(shù)學模型實現(xian)溫度補償和(hé)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(jie)構
　　本文設計(ji)的 非接觸式(shì)金屬管浮子(zi)流量計 的結(jie)構如圖1所示(shi)。被測流體從(cong)錐形管自下(xià)而上流🔞動👄時(shi),浮子受到上(shàng)升的升力,當(dāng)浮子受到的(de).上升力與其(qi)所受的浮力(lì)之和大于浮(fu)子的重力時(shi),浮子就會上(shàng)升,當浮子上(shang)升到一定高(gao)度時,浮子所(suǒ)受的力👄達到(dào)平衡,浮子最(zui)終将穩定在(zài)📧某-特定高度(dù)。浮子在🤞錐形(xíng)管中的高度(du)與流體通過(guo)錐形管的流(liu)速(流量)有對(dui)應關系♻️。因🈲此(ci)隻需測得當(dang)前浮子的高(gao)度🔞即可得到(dào)流量值。
 
　　浮子在(zai)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(zá)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(jī)于實驗數據(jù)分别✊采用拟(ni)合曲線法和(hé)分段線性修(xiū)正法近似得(de)出該對應關(guan)系。
　　拟合曲線(xiàn)法是通過實(shí)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(dá)式,因此隻需(xu)獲得傳感器(qi)的輸🤩出值,就(jiu)可以算出當(dāng)前的流速。分(fen)段線性修正(zheng)法是将整個(ge)量程劃♍分爲(wèi)若幹個段,每(měi)段采用不同(tóng)的修正函數(shù)進行流量修(xiu)正。本文以管(guǎn)道直徑爲80mm.流(liu)體類型爲液(yè)體的條件下(xia)進行試驗(如(rú)無💰特别說明(ming)，後🌂續🙇🏻的實驗(yàn)條件均爲此(cǐ)),此條件下的(de)測量範圍爲(wèi)2.5~25m3/h。由于磁阻傳(chuán)感器(KMY20)的輸出(chū)㊙️受溫度影響(xiǎng)較大🤞，因此需(xū)在流量修正(zheng)前增加溫度(du)補償環節。
2測(cè)量方法
　　整個(gè)測量過程包(bao)括信号獲取(qǔ),溫度補償、流(liu)量修正、LCD液晶(jing)顯🐉示等環節(jie)。
　　信号采集包(bao)括溫度傳感(gǎn)器輸出信号(hao)獲取和磁阻(zǔ)傳感器信号(hào)💘獲取,溫度傳(chuán)感器的輸出(chū)信号通過SPI方(fang)💛式傳送給微(wei)處理器,用于(yú)對磁阻傳感(gan)器的輸出做(zuo)溫度補償，磁(cí)阻傳感器的(de)輸出🈲信号将(jiang)用于流量計(jì)算,經過信号(hào)放大處理後(hòu)直接傳送至(zhì)微✨處理器。圖(tú)2爲磁阻傳感(gǎn)🥰器輸出信号(hào)處理的硬件(jiàn)電路圖。包括(kuo)電源模塊差(chà)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(chu)信号的放大(da)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(fàng)大❌處理後，傳(chuan)感器的輸出(chu)信号幅值爲(wei):
 
 
　　圖3是傳感器(qì)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(de)到:
 
　　在上一節(jiē)已經介紹過(guò)，非接觸式浮(fú)子流量計流(liu)量測量方法(fǎ)有拟合曲線(xian)法和分段線(xiàn)性修正法，接(jiē)下✂️來将🈲具體(tǐ)介紹這兩種(zhong)方法。表1是實(shí)驗測得的傳(chuan)感器輸出V2與(yǔ)當前流量(流(liu)✨速)的對🏃‍♀️應關(guān)系。
 
　　将傳感器(qì)的輸出V2代入(ru)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(liú)暈信息傳送(song)至LCD顯示模塊(kuai)。表2~表4分别是(shì)n=1,2,3時采用拟合(he)曲線法設計(jì)的浮子流量(liang)計的測量數(shu)據與标準表(biao)所測數🔞據的(de)對🔞比結果,并(bìng)算出示值誤(wù)差。示值誤差(cha)的計算📱公式(shì)爲:
 
　　其中Qmax爲儀(yi)表最大測量(liàng)流量,Qvs爲被檢(jiǎn)流量計測得(dé)的流🔱量,Qn爲标(biāo)準流量裝置(zhì)在該點該測(cè)得的标準體(ti)積流量。
 
　　從表(biao)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(shi)值🔴誤差最大(dà)在2%以.上,拟合(he)效果不理想(xiang),而以階數n=3得(de)到的拟合曲(qu)線🐆計算流體(tǐ)流量時,示值(zhí)誤差在1%以内(nèi),滿足測量要(yào)求,但✌️由于拟(nǐ)合方程相對(dui)複雜,加大了(le)算法的複雜(za)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(yi)本設計選擇(zé)n=2時拟合得到(dào)的方程來計(ji)算流量,不僅(jǐn)滿足了系統(tong)的實時性要(yào)求,而且系統(tong)的測量✉️精度(du)也在1%以内。
　　分(fen)段修正法将(jiang)整個測量範(fan)圍分爲6~12個段(duàn)，每段之間采(cǎi)❓用不同的線(xian)性方程進行(háng)修正。表5是采(cǎi)用分段線性(xìng)法設計🐪的浮(fu)子流量計所(suǒ)測流量與标(biāo)準表所測⭐流(liú)量的數據。
 
　　對(dui)比拟合曲線(xian)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(he)曲線法的示(shì)值誤差較分(fèn)段線性修🔆正(zheng)法高,所以采(cai)用拟合曲線(xiàn)法更利于提(tí)高系統的測(cè)量精度。
3結束(shu)語
　　本文設計(jì)了一款高性(xing)能的智能型(xing)浮子流量計(jì)，爲保🙇‍♀️證測量(liang)精度和系統(tǒng)的穩定性,在(zài)流量計算前(qian)增🔴加了溫度(dù)補償☀️環節,減(jiǎn)少了溫度對(dui)傳感器輸出(chū)的影響。分别(bié)采用了拟合(he)曲線法和分(fèn)段線性修正(zheng)法進行流量(liàng)修正,實驗👌結(jié)果表明,拟合(he)曲線法的測(ce)量精度明顯(xian)優于分段線(xian)性法。

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