通用型流量传感器智能处理单元的研究

摘要

流量计在工业生产过程、能源储运核算、环境保护、生物技术、国防建设、科学研究等诸方面发挥着不可或缺的作用. 输出频率信号的流量计,如涡轮流量计、涡街流量计和带发信装置的容积式流量计(如罗茨流量计)等产品的使用数量在所有流量计中占有很大优势.但这些流量计传感器的结构原理、信号的产生方式各不相同,传感器工作的频率不同因而测量范围也不同,而且传感器的非线型特点也不一样,此外由于测量的流体不同,它们对温度压力补偿的要求也不一样.于是不同的流量计就需要不同的处理方式,精度、量程等技术参数不具有统一的标准. 针对输出频率信号的流量计存在的以上问题,本文主要完成了以下具有一定创新意义的工作: 1.设计出了通用型流量传感器智能处理单元硬件系统.该系统主要由微处理器、液晶显示器、压流变换模块、温度压力采集电路、按键及其周边电路构成.具有现场显示和信号远传功能.硬件系统采用低功耗设计. 该系统可显示流量、温度、压力、频率、仪表系数等众多参数. 2.设计出了通用型流量传感器智能单元的软件系统.引入实时多任务操作系统理念,实现在线修改仪表系数同时,流量计量照常进行.对于脉冲数据的采集,采用新的采集计算方法,拓宽了测量范围(0～65535Hz),提高了测量精度.软件具有可修改参数值、可增删参数变量的个数(仪表系数在6点范围内可方便修改点数)功能,适合不同流量计的要求. 3.采用C语言编程,发挥了C语言可移植型强、软件升级快的特点.重点解决了微处理器的浮点数计算精度过低问题. 4.硬件可长时间储存各类参数和累计流量.对累计流量存储,采用动态算法,充分而合理地延长了EEPROM的读写次数,使用寿命达15年以上. 5.分析传感器的非线型特点,提出一种通用的精度补偿算法,减小传感器的误差,有效提高流量计的测量精度. 6.实现了温度压力数据的采集转换并用于流量补偿,提高了计量精度. 通过在天津大学流量实验室得到的大量实验数据,证明本课题研究的流量智能处理单元具有高精度,宽量程,低功耗及可靠型高等特点.该设计的通用型特点是一种新颖的实现方法,同时具有而广泛的实用价值.

目录

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第一章绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2国内、外研究历史及现状

1.3本论文的研究目的、内容和创新点

1.4本文的内容安排

第二章流量传感器非线性修正的多样性需求与通用性解决方案

2.1非线性特性分析

2.2非线性特性的通用解决方案

2.3雷诺数对流量计的影响及解决方案

第三章温压补偿的多样性需求与通用性解决方案

3.1液体计量的温度补偿

3.2天然气计量的温压补偿

3.3饱和蒸汽计量的压力或温度补偿

3.4过热蒸汽计量的温压补偿

第四章仪表总体设计

4.1硬件电路设计

4.2软件程序设计

第五章定时器与键入模块研究

5.1定时器

5.2键入模块

5.3定时器与键入模块的工作方式

第六章温压数据采集与转换

6.1 A/D模块的设置

6.2温度数据的采集

6.3压力数据采集的软硬件设计

第七章流量计算

7.1脉冲数据采集

7.2流量计算

7.3流量显示缓冲的数据处理

第八章信号输出的多样性需求与通用性解决方案

8.1液晶显示的通用性设计

8.2电流信号输出

8.3脉冲当量输出

第九章数据存储

9.1 EEPROM使用

9.2累计流量存储

9.3存储仪表系数

第十章实验数据分析

第十一章总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢