基于霍尔效应的电磁流量传感器设计

摘要

霍尔效应电磁流量传感器是通过测量待测流体中带电粒子在垂直磁场中运动而在与磁场及电荷运动方向两两垂直的电极板上产生的霍尔电压大小来测量流速的。与常规电磁流量传感器相比，其内部没有可动部件，所以具有结构简单可靠、灵敏度高、量程范围大等优点。但传感器得到的霍尔电压信号为直流小信号，会受到极化电压的影响。所以解决极化电压下的直流小信号放大问题是本课题的关键，本文设计了一种将信号先调制放大然后再解调的信号处理电路，可以解决霍尔电压信号的放大问题，更好地消除极化电压对测量影响。系统采用STC12C5A60S2单片机组成检测电路，利用内置A/D转换器对解调的信号进行转换，针对不同电导率流体，霍尔电压与流量关系函数需要通过实验后计算得到的传感器系数K进行补偿，然后通过LCD1602液晶把经过程序计算获得的对应流量进行显示。
　　流量标定采用了电导率是0.01S/m溶液，按体积/时间法，在0.200m3/h～0.800m3/h间选取七个流速来标定的。实际测量数据与标定值对比可知，传感器流量测量误差＜1％。流量测量范围为0～0.800m3/h。再从电导率为0.01S/m～20S/m范围内选取七种不同的电导率溶液，在七组流速相同的条件下测得对应霍尔电压。测量的霍尔电压与标定的流速数据通过Matlab线性化拟合获得不同电导流体的流量与霍尔电压的比值。被测流体电导率需在0.01S/m～20S/m范围内，测量电导率为1 S/m时获得最大霍尔电压。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究意义

1．3 国内外研究现状

1．4 发展趋势

1．5 本文主要研究的内容及论文框架

第2章 霍尔效应流量传感器的理论基础

2．1 霍尔效应

2．2 各种因素对测量的影响

2．2．1 流速分布对测量的影响

2．2．2 极化电压对测量的影响

2．2．3 被测介质电导率对测量的影响

2．3 本章小结

第3章 霍尔流量传感器设计及制作

3．1 传感器的制作

3．1．1 测量管的选取

3．1．2 磁激励系统

3．1．3 电磁流量传感器电极结构

3．2 传感器结构设计

3．3 本章小结

第4章 传感器信号处理电路

4．1 调制放大电路

4．1．1 LC振荡电路

4．1．2 振荡管的选取

4．1．3 调制电路整体结构及仿真

4．2 解调电路

4．3 单片机显示模块

4．3．1 单片机的选取

4．3．3 程序的设计

4．3．3 电路原理

4．4 本章小结

第5章 实验测量结果及数据分析

5．1 实验装置

5．2 传感器系数的标定

5．3 对比试验及数据分析

5．3．1 性能测试

5．3．2 电导率补偿实验

5．4 本章小结

结论

参考文献

附录一

附录二

致谢

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