簡介：一種(zhǒng)利用磁阻(zǔ)傳感器對(dui)浮子高度(dù)進行檢測(ce)的⛹🏻‍♀️新🏃🏻‍♂️方法(fǎ)，在此基礎(chu)上設計了(le)以STM32爲核心(xīn)微處理器(qì)的智能金(jīn)屬管浮子(zi)流量計 。鑒(jian)于磁場分(fen)布的複雜(zá)性,很難通(tong)過理論的(de)方法得⚽到(dao)傳⭐感器輸(shū)出信号與(yu)浮子高度(du)(或流量)之(zhī)間的對🏃🏻‍♂️應(ying)關✏️系，以實(shí)驗數據爲(wei)基礎，分别(bie)采用拟合(he)曲線法和(he)分段👣線性(xing)修正法得(de)到傳感器(qi)輸出與流(liú)量之間的(de)關系表達(dá)式。通過對(duì)比實驗表(biǎo)明,拟合曲(qǔ)線法測📞量(liang)精度優于(yú)分段線性(xing)修正法。此(ci)外爲減小(xiao)溫度漂❌移(yi)對磁阻傳(chuán)🌈感器輸出(chu)信号的影(ying)響,系統在(zai)流量修正(zhèng)前增加🐪了(le)溫度💋補償(chang)環節,提高(gāo)了系統的(de)測量精度(dù)。
　　浮子流量(liang)計 是以浮(fu)子在錐形(xing)管中随流(liu)量變化而(er)升降，改變(bian)它們之間(jian)的流通面(mian)積實現測(ce)量的體積(ji)流量儀表(biao)，又稱 轉子(zǐ)流量計 。浮(fú)子流量計(ji)按材質還(hai)可以分爲(wèi)玻璃管浮(fu)子流量🏃‍♂️計(jì)📐、塑料管浮(fu)子流量計(ji)和 金屬管(guan)浮子流量(liàng)計 。傳統的(de)金屬管浮(fú)子流量計(jì)大都屬于(yu)純機械式(shì),通過👣電磁(ci)感應耦合(hé)和機械連(lian)杆機構,帶(dai)動指針顯(xian)示或者遠(yuan)傳機構向(xiang)遠端輸出(chū)。這種結構(gou)雖然在--定(dìng)程😍度上提(ti)高了測量(liàng)精度,但是(shi)也對機械(xiè)加工的精(jing)度提出了(le)更高的要(yào)求,且會因(yīn)爲😄機械磨(mó)損導緻測(cè)量精度下(xià)降回。因此(cǐ)本文設計(jì)了一種非(fei)接觸式測(cè)量的 智能(néng)金屬管流(liú)量計 ，通過(guo)磁阻傳感(gan)器将浮子(zǐ)高度的變(bian)換轉換爲(wei)電信号🐆傳(chuán)送至✨微處(chù)理器,利用(yòng)程序預設(she)的數學模(mo)型實現溫(wēn)度補償和(he)流量㊙️修正(zheng)，,提高了測(ce)量精度并(bìng)延長了儀(yi)表的使用(yòng)壽命。
1浮子(zǐ)流量計基(jī)本結構
　　本(běn)文設計的(de) 非接觸式(shi)金屬管浮(fú)子流量計(jì) 的結構如(ru)圖1所示。被(bèi)測流體從(cóng)錐形管自(zì)下而上流(liu)🔆動時,浮🧑🏾‍🤝‍🧑🏼子(zi)受到上升(shēng)的升力,當(dang)浮子受到(dao)的.上升力(li)🍉與其所受(shòu)的浮力之(zhī)和大🐉于浮(fú)子的重力(lì)時,浮子就(jiu)🌈會上升,當(dāng)浮子上升(shēng)到🏃🏻一定高(gāo)度時,浮子(zi)所受的力(li)達到平衡(heng),浮子最終(zhōng)将穩定在(zai)某-特定高(gāo)度。浮子在(zai)錐形管中(zhong)的高度與(yu)流體通過(guo)錐形管的(de)流速(流量(liàng))有對應關(guān)系。因此隻(zhī)需測得當(dang)前浮子的(de)高度即可(kě)🙇‍♀️得到流量(liàng)值。
 
　　浮子(zǐ)在錐形管(guan)中的高度(du)與流體通(tōng)過錐形管(guan)的流速(流(liu)量)有對應(yīng)關系,但由(yóu)于磁場分(fèn)布的複雜(za)性,很難通(tōng)過理論的(de)方法得到(dao)浮子高度(du)與磁阻傳(chuan)感器輸出(chu)值的對應(yīng)關系，因此(cǐ)本文基于(yú)實驗數據(ju)分别采用(yòng)拟合曲線(xian)法和分段(duan)線性修正(zheng)法近🔴似得(de)出該🌏對應(yīng)關系。
　　拟合(he)曲線法是(shi)通過實驗(yan)測得的數(shù)據，得到傳(chuán)感器的🈲輸(shu)☁️出🌐值與當(dang)前流速的(de)關系表達(dá)式,因此隻(zhi)需獲得傳(chuan)感器的輸(shu)出值,就可(ke)以算出當(dang)前的流速(sù)。分段線性(xing)修😍正法是(shì)将整個量(liàng)程劃分爲(wèi)若幹個段(duàn),每段⭕采用(yong)不同的修(xiu)正函🐇數進(jin)行流量修(xiu)正。本文以(yǐ)管道✨直徑(jing)爲80mm.流體💁類(lei)型爲液體(ti)的條件下(xià)進行試驗(yan)(如無特别(bié)說明，後🐇續(xu)的實驗條(tiao)件均爲此(ci)),此條件下(xià)的測量範(fàn)圍爲2.5~25m3/h。由于(yu)磁阻傳感(gǎn)器(KMY20)的輸出(chu)受溫度影(yǐng)響較🔞大，因(yin)此需在流(liú)量修正前(qián)增加溫度(dù)補😘償環節(jiē)。
2測量方法(fǎ)
　　整個測量(liang)過程包括(kuò)信号獲取(qǔ),溫度補償(chang)、流量修正(zhèng)、LCD液晶顯示(shì)等環節。
　　信(xìn)号采集包(bao)括溫度傳(chuán)感器輸出(chū)信号獲取(qǔ)和磁阻傳(chuán)🆚感器信号(hao)獲取,溫度(dù)傳感器的(de)輸出信号(hào)通過SPI方式(shì)傳送給微(wei)處理器,用(yong)于對磁阻(zu)傳感器的(de)輸出做溫(wēn)度補🈲償，磁(cí)阻傳感器(qì)🔴的輸出🚶信(xìn)号将用于(yu)流量計算(suàn),經過信🍉号(hao)放大處理(li)後直接傳(chuan)送至微處(chu)理器。圖2爲(wei)磁阻傳感(gan)器輸出信(xin)号㊙️處理的(de)硬件電路(lu)圖。包括電(dian)源模塊差(chà)分🐇放大模(mó)塊和電壓(yā)跟随模塊(kuai)。電💋源模塊(kuài)采用恒流(liú)源給KMY20磁阻(zǔ)傳感器供(gòng)電,在--定程(cheng)度上減小(xiǎo)了溫漂對(dui)傳感器輸(shu)出的影響(xiǎng)"。差分模塊(kuài)完成對傳(chuán)感器輸⭕出(chu)信号的放(fang)大處理，電(dian)壓跟随模(mo)塊減小❤️了(le)傳感器的(de)輸出阻抗(kang)。從圖2可知(zhī),經放大處(chu)理後，傳㊙️感(gan)器的輸出(chū)信号幅值(zhí)爲:
 
 
　　圖3是傳(chuan)感器輸出(chū)信号與溫(wen)度的關系(xì)曲線，可見(jiàn)在一👣定範(fàn)👣圍内🌐,傳感(gǎn)器輸出信(xìn)号幅值與(yu)溫度成反(fan)比👣關系,可(ke)以得到:
 
　　在(zai)上一節已(yǐ)經介紹過(guo)，非接觸式(shi)浮子流量(liàng)計流量⁉️測(ce)🚶‍♀️量方法有(yǒu)拟合曲線(xian)法和分段(duàn)線性修正(zhèng)法，接下來(lai)将具體🐉介(jie)紹這兩種(zhong)方⭐法。表1是(shì)實驗測得(de)的傳感器(qi)輸出V2與當(dang)前🔞流量(流(liú)速)的對應(ying)關系。
 
　　将傳(chuan)感器的輸(shu)出V2代入式(shi)(6).(7).(8)即可得到(dào)當前流量(liàng)，繼而處理(lǐ)器通過SPI通(tong)信将流暈(yūn)信息傳送(sòng)至LCD顯示模(mo)塊。表2~表4分(fèn)别是🐅n=1,2,3時采(cǎi)用拟合曲(qu)線法設計(jì)的浮子流(liú)量計的測(cè)量數據與(yu)✔️标準表所(suǒ)測數據的(de)對🌂比結果(guo),并算出示(shi)值誤差。示(shi)值誤差的(de)計算公式(shi)爲:
 
　　其中Qmax爲(wei)儀表最大(dà)測量流量(liàng),Qvs爲被檢流(liú)量計測得(de)的流量,Qn爲(wèi)标準流量(liàng)裝置在該(gāi)點該測得(dé)的标準體(tǐ)積流量。
 
　　從(cóng)表2~表4可知(zhi)，以階數n=1得(de)到的拟合(he)曲線計算(suan)流體流量(liàng),示🔞值誤差(cha)最大在2%以(yi).上,拟合效(xiao)果不理想(xiang),而以階數(shu)n=3得到的🍓拟(ni)合曲線🐆計(ji)算流體流(liú)量時,示值(zhi)誤差在🍓1%以(yǐ)内,滿足測(ce)量要求,但(dan)由于拟合(he)方程相對(dui)複雜,加大(da)了算法的(de)複雜度,使(shi)流量計算(suàn)占用CPU時間(jian)變長,降🥰低(dī)了系統測(cè)量的實時(shi)性。所以本(běn)設計選擇(ze)n=2時拟合✍️得(de)到的方程(cheng)來計算流(liu)量,不僅滿(mǎn)足了系統(tǒng)的🏃‍♀️實時性(xìng)要求,而且(qiě)系統的測(ce)量🐕精度也(yě)在⛷️1%以内。
　　分(fen)段修正法(fǎ)将整個測(cè)量範圍分(fen)爲6~12個段，每(měi)段之間采(cǎi)用不同的(de)👌線性方程(cheng)進行修正(zheng)。表5是采用(yòng)分段線性(xing)法設計❄️的(de)浮子流量(liàng)計☀️所測流(liú)量與标準(zhun)表所測流(liu)量的🏃🏻數據(ju)。
 
　　對比拟合(he)曲線法(n=2)和(he)分段線性(xing)修正法的(de)測量結果(guǒ)可以看出(chū),拟合曲線(xian)法的示值(zhí)誤差較分(fèn)段線性修(xiū)正法高,所(suǒ)以采用拟(ni)💘合曲線法(fǎ)更利于提(ti)高系統的(de)測量精度(dù)。
3結束語
　　本(ben)文設計了(le)一款高性(xìng)能的智能(neng)型浮子流(liu)量計，爲保(bao)證測量精(jīng)度和系統(tǒng)的穩定性(xìng),在流量計(ji)算前增加(jiā)了溫度補(bu)償環節,減(jiǎn)少了溫度(dù)對傳感器(qì)輸出的影(yǐng)響。分别采(cǎi)用了拟合(he)曲線法和(hé)分段線性(xing)修正法進(jin)行流量修(xiū)正,實驗結(jie)果表明,拟(ni)合曲線法(fa)的測量精(jing)度明顯優(you)👌于分段線(xiàn)性法。

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