电磁流量计信号转换器硬件系统的研究与开发

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流量是生产过程中需要检测和控制的重要物理量之一,电磁流量计是检测流量特别是固液双相流体流量的重要仪表。近年来,由于经济高速发展,国内的电磁流量计的市场需求增加很快,但国内市场基本被国外著名品牌的仪表厂商所垄断,而且采用专用芯片加密等手段进行技术封锁。针对上述问题,本文开展了具有自主知识产权的电磁流量计产品的研发工作,以实现固液两相如矿浆、纸浆等难测量流体的高精度、低成本的在线测量。主要工作如下: 1.对电磁流量计领域的国内外发展状况进行了全面系统的综述,分析了目前励磁技术的原理,确立了以交流励磁作为电磁流量计的励磁方式,并结合目前先进的芯片技术,进行了电磁流量计信号转换器系统的整体设计,提出了以专用芯片、微处理器、模拟信号处理器为架构的电磁流量计信号转换器的低成本方案; 2.分析电磁流量计信号转换器硬件实现所需功能,提出了硬件系统设计架构,设计了模拟信号处理器、模数转换接口、微处理器控制模块、专用芯片、输入输出模块、显示模块接口、电源模块以及系统结构设计等七部分功能模块。 3.提出了以专用芯片为核心,实现高实时性复杂逻辑处理的同时,起到加密的作用。并与模拟信号处理器、微处理器相结合,实现了抑制交流励磁传感器在复杂电磁环境下的正交干扰。芯片设计采用基于VHDL语言的二进程结构描述复杂逻辑事件方法,继承性扩展性强,更着眼于功能完善之后的批量低成本ASIC。 4.采用传统差动运算放大器和可编程放大结合方法实现毫伏级信号的转换以及同相干扰的克服,扩大了对流电阻率的限制。 5.基于上述设计,完成了电磁流量计信号转换器硬件系统的开发、调试,科研样机,并进行实验测试。硬件系统的运行取得了预期的效果,通过在实验装置上的比对实验,证明其对于含固体颗粒流体的测量具有良好的应用效果,相对误差小于2%,同时还具备较快的系统响应速度,部分性能指标优于目前市场上的同类产品。
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