產(chǎn)品詳情
智能儀表常需對外界各種信號進行測量。其方法一般為：先由傳感器把外界信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電信號，然后用模數(shù)轉(zhuǎn)換器把其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，再由單片機進行處理。此時應(yīng)對數(shù)據(jù)進行一定的轉(zhuǎn)換處理，如基本的標(biāo)度變換和漂移、增益誤差的自動校準(zhǔn)及量程切換(當(dāng)測量范圍較大)等∞．31，46，47．48】。智能化轉(zhuǎn)換器的噪聲處理能力強，在很大范圍內(nèi)測量線性度好。因此，量程轉(zhuǎn)換無須使用硬件電路。
一、量程自動轉(zhuǎn)換
如果傳感器和顯示器的分辨率一定，而儀表的測量范圍很寬時，為了提高測量的精度，智能化測量控制儀表應(yīng)能有自動轉(zhuǎn)換量程的功能。因為實際被鍘信號需經(jīng)放大器放大后再進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，如果用同一增益的放大器去放大，則必然使低電平信號測量精度降低。設(shè)如用lOmV及1v兩種量程測量小于10mV的同一被測信號，且其放大器的放大倍數(shù)都為lO倍，此時若放大器輸出誤差為0．5InV， 那么對lOmV檔的輸入誤差為5％，而對1V檔的誤差僅0．05％。因此，為了保證信號測量精度，要求放大器能自動轉(zhuǎn)換增益，當(dāng)小信號時，增益自動變大，而大信號時，增益自動減少。量程自動轉(zhuǎn)換還能防止數(shù)據(jù)溢出、電路過載，保證系統(tǒng)工作在最佳電平區(qū)域。以前的模擬儀表多采用機械開關(guān)人工自動選擇量程，這樣使用很不方便，也容易出錯。目前的數(shù)字儀表多采用量程自動轉(zhuǎn)換。在測量時， 先把量程開關(guān)置于最大處，測量結(jié)果如太小，則自動把量程開關(guān)降低一檔，再測量，直到測出值適中或量程開關(guān)處于最小為止。在進行量程轉(zhuǎn)換時，并不要求十分精確的讀數(shù)，只要測量出輸入量的大致范圍。量程轉(zhuǎn)換倍率一般為10的倍數(shù)， 但為了便于同微機接口，提高儀器的精度，自動量程轉(zhuǎn)換可采用2的倍數(shù)，其中常用的為4的倍數(shù)。因為儀器中常用二進制浮點數(shù)運算，使用倍率1，在改變階碼時，只需將階碼加2或減2，即可完成所需乘4或除4的運算。同時，如倍率取得太大，在同一量程內(nèi)，小信號的有效數(shù)字將太小，會降低儀表的分辨率和精度。
二、標(biāo)尺變換技術(shù)
智能化測量控制儀表在讀入被測模擬信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，往往要轉(zhuǎn)換成操作人員所熟悉的工作量。這是因為被測對象的各種數(shù)據(jù)的量綱與A／D轉(zhuǎn)換的輸入值是不一樣的。例如，溫度的單位是oc，壓力的單位為只，流量的單位為所3／i, 等，而經(jīng)系統(tǒng)前置處理后所得的信號值僅對應(yīng)于被測值的大小，故必須把其轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值后才能進行運算、顯示和打印輸出等處理，為此需對被測值進行標(biāo)度變換。
l、線性變換
線性變換是最常用的標(biāo)度變換方法，其前提要求參數(shù)值與模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果之間關(guān)系是線性的。變換公式為： Y=(1意一】幺)(x一Ⅳ曲)／(Ⅳ。一Ⅳm)+J麓(2-1) 其中，y表示被測量變換后的值，】，讎表示被測檔量程最大值，l么表示被測檔量程最小值，Ⅳ一表示J幺對應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換后的輸入值，Ⅳ。表示‰對應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換后的輸入值，x表示測量值y對應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換值。對一個實際系統(tǒng)，，r眥、，幺、Ⅳ一、^r曲一般都為己知的，故上式可以變換成如下形式： Y=SCl·X+SCo (2-2) 式中$Cl和SCo為多項式系數(shù)，$Co取決于零點值，SCl為擴大因子。
2、公式轉(zhuǎn)換法當(dāng)傳感器測出的數(shù)據(jù)與實際參數(shù)不是線性關(guān)系，而是由傳感器和測量方法決定的某一解析函數(shù)關(guān)系，此時標(biāo)度變換可由公式變換法獲得。例如當(dāng)用差壓變送器測流量信號時，由于壓差與流量的平方成正比，即其流量】，與經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的測量輸入值X成平方根關(guān)系。這時可采用如下公式計算：k(k一‰)．1／囂+‰ (2．3) 式中的各項含義同上，在實際使用時，與前面一樣，可以變換為如下計算式： Y=sc2×√。r—scj+SCo(2-4)
3、多項式變換
當(dāng)傳感器測得的數(shù)據(jù)與實際參數(shù)成非線性，且無法用一簡單的式子來表示， 或其解析式復(fù)雜而難以滿足實時處理要求時，應(yīng)采用多項式法進行非線性標(biāo)度變換。此時應(yīng)先確定多項式的階數(shù)N，然后選取N+1個測量點，并測出其實際參數(shù)值】】=與傳感器輸出值Xj(i=班N)，再使用插值多項式計算求出變換值。這種標(biāo)度變換是最簡單、最實用的一種非線性變換方法，適用于許多應(yīng)用場合。在實際使用時，還可根據(jù)需要采用二次變換，即第一次采用線性變換，其系數(shù)sc,、SCo可任意修改，以改進傳感器或其電路的偏差，因為即使對兩個同型號的傳感器來說， 它們的轉(zhuǎn)換特性也可能不完全一樣，故需先修改SCl、SCo來補償傳感器的差異， 然后再進行非線性標(biāo)度變換。由以上分析可知，各種標(biāo)度變換方法都有其特定的適應(yīng)條件，在滿足精度的條件下應(yīng)選擇簡單的變換方法。在本項目中，流量計采樣得到的數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)具有近似的線性關(guān)系，并且我們還通過非線性補償來滿足線性變換的條件，因此可以采用線性變換來實現(xiàn)標(biāo)度的變換。
2．3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
通過對智能電磁流量計檢測儀表關(guān)鍵技術(shù)的分析、研究和比較，并綜合國內(nèi)外電磁流量檢測儀表產(chǎn)品智能化、繼承化、開放化的發(fā)展趨勢，我們提出了集轉(zhuǎn)換器、計算儀、RS485標(biāo)準(zhǔn)總線于一體的智能電磁流量計。其總體結(jié)構(gòu)如圖2．8： 電==爿蘭曼蘭至l 篇幅磊翮I．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．_J 磁器辟MCU 仁回流量傳感器仁阿磊沖=一。d 485總線接口圖2．8系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)主要由電磁流量傳感器和轉(zhuǎn)換器組成，轉(zhuǎn)換器又包括流量轉(zhuǎn)換單元和流量積算、控制單元。其中流量轉(zhuǎn)換單元包括信號轉(zhuǎn)換模塊、A／D轉(zhuǎn)換模塊、勵磁電流發(fā)生模塊；流量積算、控制單元包括RS-485通信接口、鍵盤控制模塊、液晶顯示模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊。各單元功能如下：
I、電磁流量傳感器：依據(jù)線性關(guān)系將導(dǎo)管內(nèi)被測流體的流量信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號。
2、信號轉(zhuǎn)換模塊：將傳感器所輸出的小電壓信號進行放大，并濾除掉與被測信號無關(guān)的干擾信號使信號純化，為A／D轉(zhuǎn)換器提供放大的模擬量。
3、A／D模塊：將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量提供給單片機進行處理。
4、勵磁模塊：為變送器提供勵磁電流。
5、RS-485通信模塊：為儀表提供RS-485標(biāo)準(zhǔn)總線通信接口。
6、鍵盤控制模塊：完成儀表的參數(shù)設(shè)置和控制。
7、液晶顯示模塊：完成儀表的瞬時流量、累計流量等實時顯示。
8、數(shù)據(jù)存儲模塊：存放流量積算后的累計流量數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)正常工作所必須設(shè)置的各項參數(shù)。
2．4本章小結(jié)
本章通過對電磁流量計系統(tǒng)的分析、比較和論證，確定了系統(tǒng)開發(fā)所采用的方案，并對系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計。為后面電磁流量計系統(tǒng)設(shè)計工作的展開奠定了基礎(chǔ)。
