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    智能金屬管浮子流量計原理詳解

    2018-07-24 17:01:42 clcc 28

    1、介紹

      在工業生產和科學測量中,經常遇到流量小,雷諾數低的流量測量。浮子流量計靈敏度高,測量范圍寬,壓力損失小,壓力恒定,測量介質種類多,操作可靠,維護方便,對直管段要求低,因此得到了廣泛的應用。

      浮子流量計的浮子位置和流量之間存在明顯的相應函數關系,流量可通過測量浮子位移來確定。金屬管浮子流量計(以下簡稱流量計)可以連續測量封閉管道中液體,氣體或蒸汽的流量,不僅可以指示本地指示,還可以遠程傳輸信號,可以實現長時間的流量計。距離顯示,記錄和計算流量測量值。 ,調節和控制功能,因此廣泛應用于石油,化工,能源,冶金,醫藥,輕工,國防等部門的流量檢測和過程控制。由于不能直接讀取流量計的浮子位移,因此將磁鋼密封在浮子中,通過轉換器中設置的磁耦合機構獲得浮子位移,并將對應于流量的浮子的位移轉換為位移傳感器的電信號。實現遠傳。目前常用的位移傳感器有兩種:差動變壓器型傳感器和電容式角位移傳感器。但是使用這兩個位移為了獲得與流量對應的位移信號,傳感器需要通過磁鋼扭轉和相應的四連桿,凸輪和其他機械機構進行非線性校正和傳動,這將導致許多傳動環節復雜化結構和存在。摩擦和間隙增加,這降低了流量計的測量精度。因此,不可能實現流量計轉換器的電子化,小型化和智能化。為此,介紹了一種使用霍爾傳感器檢測浮子位移的智能流量計和一個16位低功耗單片機作為核心處理器。


    2、系統組成原理

      流量計使用線性霍爾傳感器來檢測浮子位移。結合單片機應用系統,完全消除了磁鋼事故,非線性校正和傳動等機械機構。其工作原理如圖1所示。

    智能金屬管浮子流量計工作原理圖

    智能金屬管浮子流量計工作原理圖

      當被測流體從底部到頂部流過錐體時,浮子移位,并且線性霍爾傳感器的磁力線角度改變,使得霍爾傳感器輸出相應的電壓。在輸出電壓輸入到單片機應用系統進行處理后,可輸出與流量對應的標準電流信號,并可通過標準通訊接口遠程交換數據。

      流量計轉換兩個具有均勻特性的霍爾傳感器放置在相應的浮動位移范圍的中間,并且兩個霍爾傳感器的磁敏表面彼此相互900?;魻杺鞲衅鞯妮敵鲭妷簽椋?/p>

      E1 = K1·I1·B1·-sinθ

      E2 = K2·I2·B2·sin(90°-θ)

      在公式:

      K1和K2是霍爾靈敏度系數;

      I1和I2是霍爾元件的激勵電流;

      B1和B2是霍爾傳感器所在的磁感應強度;

      θ是磁場線相對于霍爾傳感器的磁敏表面的傾斜角。

      由于兩個霍爾傳感器使用相同類型的具有相同特性的霍爾傳感器,使用相同的激勵電流,在相同的高度位置,有K1 = K2,I1 = I2,B1 = B2??捎茫?/p>

      E1 / E2 =sinθ/ sin(90°-θ)

      =SINθ/COSθ=tgθ

      0 = arctg(E1 / E2)

      可以看出,磁力線的傾斜角可以從E,E2獲得。

      從圖1中可以看出,當浮子上升時,它通過霍爾傳感。裝置的磁力線的角度順時針變化,因此獲得傾斜角θ以獲得浮子的位移。


    3、單片機應用系統硬件設計

      微控制器應用系統的框圖如圖2所示。系統控制器是MSP430F149微控制器的一部分。 M SP430F149的主要特性和功能如下:

    (1)超低電流消耗:采用CPUOFF和OSCOFF模式,可以在電壓降至1.8V的情況下工作。

    (2)基本時鐘模塊:包括一個數控振蕩器(DCO)和兩個晶體振蕩器。

    (3)系統內置模塊:LCD驅動器,A / D轉換器,1 / O端口,USART串口,看門狗,定時器,硬件乘法器,模擬比較器,EPROM等。

    (4)16位RISC結構,125as指令周期,喚醒時間等待模式為61xso

    (5)軟件可以在RAM中運行。程序可以通過UART或測試引腳加載到RAM中,并可以實時運行。降低測試和調試的成本。

    (6)只有三種指令格式,所有這些都是正交結構,簡化了程序的開發。 ROM讀取,RAM訪問,數據處理,I / O和其他外圍操作使用通用指令而無需特殊說明。

    (7)系統運行穩定。上電復位后,CPU首先由DCOCLK啟動,以確保程序從正確的位置開始,確保晶體振蕩器有足夠的振蕩和穩定時間。如果用作CPU時鐘MCLK時晶體振蕩器發生故障,DCO將自動啟動以確保系統正常運行;如果程序運行,監視程序可以重置它。

    (8)通過高級語言編程功能,開發了C編譯器以支持JTAG仿真。

      線性霍爾傳感器將浮動位移轉換為電壓信號。在放大器放大后,16位MCU執行算術處理和非線性校正以獲得流量值。一方面,它被發送到LCD顯示器,另一方面,它被發送到DAC進行轉換。然后將數量轉換成輸出轉換電路輸出的標準電流信號。此外,它還可以通過串行通信接口RS485與主機交換數據。


    4、軟件設計

      該軟件的主要流程圖如圖3所示。當微控制器上電并復位時,必須首先執行初始化程序。然后,順序確定功能模塊的標志位。當標志位有效時,執行功能模塊的程序。如果標志位無效,則跳過執行。當程序執行到最后時,環回返回初始化。

      標準電流輸出模塊和RS485串行通信模塊標志由掃描撥號開關部分確定;數據存儲部分連續讀取時鐘芯片DS1307以確定預設存儲時間是否已經過去,并在存儲時間之后進入。數據存儲子程序。 RS485通信實現了數據的遠程傳輸。人們不必直接去現場查看各種儀表的參數值。通過查看通信接口,可以獲得當前和歷史數據。


    5、結論

      由于霍爾傳感器用于位移檢測,流量計的轉換器不需要任何可移動的機械部件,實現全電子化和小型化,大大降低了滯后現象;使用16位單片機進行線性校正和計算,將流量計的流量指示精度從2.0提高到1.0。

      從以上分析可以看出,霍爾傳感器和16位單片微型計算機的使用使流量計小型化,數字化和智能化,提高了流量計的精度,增加了流量計的功能,并使現場總線型流量計的開發成為可能。


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