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基于DSP的數(shù)字式科氏質量流量變送器

作者: 時間:2011-03-25 來源:電子產品世界 收藏

  摘要:介紹了基于的數(shù)字式科氏,給出了變送器的硬件和軟件模塊組成。實驗數(shù)據(jù)表明,這種數(shù)字式科氏變送器有效解決了小流量測量精度低、量程比窄的問題,并大大改善了變送器的驅動性能。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/118086.htm

  關鍵詞:科里奧利質量流量計;;數(shù)字驅動

  引言

  科里奧利質量流量計(簡稱科氏流量計)可以直接測量流體的質量流量,同時還可測體積流量、密度、溫度,測量精度高,可測量流體范圍廣,具有廣闊的應用前景。

  目前,國內科氏流量計大都采用基于模擬電路的信號處理方式,驅動電路亦是采用純模擬電路實現(xiàn)。傳統(tǒng)模擬信號處理方法易受噪聲干擾,小流量測量精度低,限制了量程比;對于復雜流體(如兩相流、批料流)場合,模擬驅動無法維持流量管振動,導致無法測量。如何提高變送器的抗干擾能力、提高小流量的測量精度,以及如何改善變送器的驅動性能,在兩相流下維持流量管振動,是目前國內科氏流量計發(fā)展所需迫切解決的難題。

  為此,我們研制了基于的數(shù)字式科氏,將數(shù)字信號處理方法和數(shù)字驅動方法相結合應用于科氏流量計,提高科氏變送器的流量測量精度,改善了變送器的驅動性能[1]。

  系統(tǒng)硬件方案

  系統(tǒng)硬件由信號調理電路、驅動電路、ADC、DSP及外擴存儲器、溫度補償電路、LCD顯示、鍵盤、SCI、4~20mA電流輸出、脈沖輸出等模塊組成[3] ,如圖1所示。

  信號調理與采集

  科氏變送器通過測量兩路信號的時間差來計算流量,并且兩路信號時間差非常小,因此,設計出兩路結構對稱、性能穩(wěn)定、溫漂小的高精度信號調理采集電路,是保證測量精度的前提條件。

  驅動模塊

  科氏流量計的測量是建立在振動基礎上的,對振動的控制在科氏流量計中處于重要地位,是產生精確測量數(shù)據(jù)的基礎。傳統(tǒng)模擬驅動方法簡單、容易實現(xiàn),硬件電路不需要DSP進行控制,但啟動時間長、不能適用于兩相流/批量流的實際應用場合等。數(shù)字驅動方法中,DSP實時跟蹤傳感器信號變化,并采用先進的算法對驅動信號進行靈活控制,大大改善驅動系統(tǒng)的動態(tài)性能。

  DSP芯片

  采用TI C2000系列高端浮點DSP TMS320F28335,主頻150MHz,帶浮點核,片上外設資源豐富,集成了eCAN、SCI、SPI、McBSP、ePWM、I2C、ADC等。DSP負責系統(tǒng)全局控制和運算,主要包括:(1)采集兩路傳感器信號,計算信號頻率和相位差,進而計算質量流量;(2)檢測流體溫度,進行溫度補償;(3)控制驅動電路,提供正確的驅動信號維持流量管振動;(4)將測量值在LCD上實時顯示,并通過SCI向上位機上傳,最后以4~20mA模擬量和脈沖的形式輸出流量值。

  溫度補償電路

  傳感器流量管表面貼有溫度電阻Pt100,以恒定的微小電流流過Pt100,將Pt100的電阻信號轉換為電壓信號,由ADC采樣轉換為數(shù)字量送入DSP。

  存儲器擴展

  為滿足大量數(shù)據(jù)存儲及掉電時需保存各儀表參數(shù)的需求,系統(tǒng)外擴了一片128 kB SARAM和512 B 的鐵電M(FM)存儲器。


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