论文部分内容阅读
基于科里奥利力原理的科氏质量流量计能够直接测量流体的质量流量,不受外界温度、压力的影响,测量精度高、重复性好。两线制流量计具有产品成本低、电流环抗干扰能力强、通讯线能够为流量计提供电源、可以应用在易燃易爆场合等优点,是工业现场常用的仪表类型之一。科氏质量流量计既要维持流量管持续稳定的振动,又要高速、准确地处理传感器输出信号、计算质量流量,所以,其变送器的功耗较高,较难做到低功耗、两线制。目前,只有国外著名仪表公司研制出低功耗两线制科氏质量流量计,国内没有此类产品和研究成果。为此,我们研制低功耗两线制科氏质量流量变送器。研制基于STM32单片机的硬件系统,由信号调理模块、驱动模块、数据处理模块、通讯模块、温度补偿模块、安全栅模块和电源管理模块七大模块组成。深入研究了硬件设计中的难点:驱动方式、功耗分配和电源管理,并提出了解决方案。采用STM32单片机设计了半数字驱动方式,改变了驱动结构,减少了驱动电路使用的芯片数量。采用与艾默生公司的高准2200S型变送器类似的12～20m A回路供电技术,12m A用于变送器正常工作,12～20m A用于通讯。采取“DC/DC+LDO”的供电结构,先用DC/DC转换将24V降低到略高于所需的电压,提高电源转换效率,再用LDO转换至所需电压,确保电源的稳定性。研究适用于科氏质量流量计的正交解调算法。利用正弦信号周期性的特点,实现解调信号单周期有限点数据循环调用,提高测量精度的同时降低了算法运算量。采用二阶FIR陷波器滤除解调后信号的高频分量,采用二阶IIR滤波器滤除噪声分量。用STM32单片机实时实现了正交解调信号处理方法,并在相位差后期处理中加入两级平均,从而达到剔除异常值、减小稳态波动性的目的。采用模块化编程方式开发软件系统,主要包括主监控程序、初始化模块、算法模块、信号采集模块、液晶显示模块、中断模块、看门狗模块等。信号采集模块负责与ADC通讯,采集两路传感器信号。定时器1中断模块负责完成4～20m A电流输出和脉冲输出。为了验证两线制科氏质量流量变送器的有效性,将变送器匹配上海一诺仪表有限公司的微弯型科氏质量流量传感器,形成完整的科氏质量流量计,进行了功耗测试和水流量标定实验。功耗测试结果表明:流量计正常工作时的电流为10.7880m A,整体功耗小于12m A,符合科氏质量流量计的两线制要求。水流量标定实验结果表明:在12:1的量程比内,水流量标定的误差在±0.1%以内,重复性在0.05%以内,优于《JJG1038-2008科里奥利质量流量计检定规程》中对0.1级科氏质量流量计的要求。