低功耗兩線制渦輪流量計
| Ｑ＝ | ｆ（／ | 或 | ３／） | （） |
| Ｌｓ | ｍ ｓ | ２ | ||
| Ｋ |
３、硬件系統(tǒng)低功耗設(shè)計：
系統(tǒng)的硬件框圖如圖１所示。主要由渦輪傳感器、放大濾波電路、電壓跟隨器、單片機(jī)、人機(jī)接口電路、４～２０ｍＡ輸出、電源管理電路、頻率輸出和ＲＳ４８５通信組成。
對流量信號的測量充分使用了 ＭＳＰ４３０單片機(jī)內(nèi)部的資源，即 Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器、比較器、定時／計數(shù)器等，節(jié)省了所需單片機(jī)的口線和外圍器件。ＡＤ７３９１芯片將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，再經(jīng)過由 ＸＴＲ１１５組成的Ｖ／Ｉ轉(zhuǎn)換電路輸出４～２０ｍＡ 電流信號。電源轉(zhuǎn)換模塊將２４Ｖ 轉(zhuǎn)換為５Ｖ、３．３Ｖ 和２．０４８Ｖ，滿足運(yùn)算放大器、單片機(jī)以及其他芯片的供電需求。 單片機(jī)和 Ｖ／Ｉ轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成４～２０ｍＡ 變送器，變送器的耗電電流隨傳感器輸出而變化，電流表只需要正確串聯(lián)在電路中即可測量出電流值，其數(shù)值通過計算可以得到當(dāng)時的瞬時流量值。
３．１ 單片機(jī)芯片的選型
在眾多方法中，器件選型無疑對低功耗設(shè)計的實(shí)現(xiàn)起到***關(guān)鍵的作用。系統(tǒng)采用了 ＴＩ公司推出的１６位超低功耗的 ＭＳＰ４３０Ｆ５４３８作為主控芯片，主要在于 ＭＳＰ４３０系列芯片的功耗優(yōu)勢［１２］。
由活躍模式下電流消耗相對于系統(tǒng)頻率：
| ＩＡＭ ＝Ｉ′ＡＭ ×ｆｓｙｓｔｅｍ | （） | |
| ３ | ||
| 由活躍模式下電流消耗相對于供電電壓： | ||
| （ | ） | （） |
| ＩＡＭ ＝Ｉ′ＡＭ ＋１７５× Ｖｃｃ－３ | ４ | |
圖２ 各模式轉(zhuǎn)換框圖
由圖２可知，ＭＳＰ４３０在不同模式下的功耗相差很大，較低功耗０．１μＡ，在活動模式下的功耗取決于系統(tǒng)的工作頻率與供電電壓，特別是系統(tǒng)頻率。當(dāng)系統(tǒng)主時鐘頻率為１ＭＨｚ時，工作電壓為３Ｖ，電流消耗為３７０μＡ，根據(jù)式（４）和（５）可計算出，當(dāng)系統(tǒng)工作頻率為４ＭＨｚ，工作電壓３．３Ｖ，電流消耗相當(dāng)于１．６９ｍＡ。因此，系統(tǒng)在運(yùn)行時，根據(jù)渦輪信號的變換率，選擇不同的工作模式，以降低系統(tǒng)的功耗。
３．２ ４～２０ｍＡ輸出和電源供電模塊功耗問題一直是４～２０ｍＡ 輸出電路設(shè)計的難點(diǎn)之一。解決這一問題的主要方法是信號線與電源線復(fù)用。這樣功耗問題得以保證，并且為儀表兩線制工作提供足夠的電流。但經(jīng)過實(shí)際測試，當(dāng)單片機(jī)處于高頻時鐘工作，并且所有外設(shè)全部工作，其電流消耗超過４ｍＡ。為了解決這樣的問題，通過ＤＣ／ＤＣ對復(fù)用線進(jìn)行分流，還解決了數(shù)字部分的供電問題［１３－１４］。此外，流量計的硬件電路設(shè)計均采用低功耗的器件，這也是降低整體功耗的方法之一。
電流環(huán)輸出部分的核心是 ＴＩ公司的ＸＴＲ１１５電流環(huán)芯片，電路如圖３所示。引腳３被看作模擬地，輸入端電阻Ｒｉｎ為１０ｋΩ，Ｃ 為降噪電容，晶體管的選型主要考慮 ＮＰＮ型，沖擊電壓，電流以及功耗，鑒于會有溫度傳導(dǎo)效應(yīng)，***好不使用貼片的封裝，外接晶體三極管 Ｑ１ 只要選用Ｖｃｅｏ＞３６Ｖ，Ｉｃｍａｘ＞３２ｍＡ，Ｐｏｕｔｍａｘ＞１．２Ｗ的 ＮＰＮ三極管即可，可以考慮下面的一些型號：ＴＩＰ２９Ｃ，２ＳＣ１８４６。
該電路的工作原理是當(dāng)ＡＤ７３９１數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的６腳輸出電壓 信 號 經(jīng) 過 Ｒ２ 轉(zhuǎn) 換 成 ４０～２００μＡ 的 輸 入 電 流，ＸＴＲ１１５內(nèi)部有一個１００增益的運(yùn)放，將輸入電流放大為４～２０ｍＡ的電流。
外部晶體管 Ｑ１主要作為一個電流輸出源，如果使用２４Ｖ和２０ｍＡ 的電流輸出，此晶體管的功耗為０．４８Ｗ，ＸＴＲ１１５通過采用外部的晶體管來避免產(chǎn)生溫飄，所以在安裝晶體管的時候應(yīng)該避免和模擬部分的電路離的太近，包括ＸＴＲ１１５。在實(shí)際電路中，還需給功率管裝上合適的散熱器。
| 圖 | ３ | 電流環(huán)輸出電路 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ＸＴＲ１１５ | 允許各種電壓保護(hù)方法，圖 | ３ | 顯示了一個二 | 證明，即使電源電壓高達(dá) | ，也損壞不了 | 。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| ５０Ｖ | ＸＴＲ１１５ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 極管電橋電路，四個 | １Ｎ４１４８ | 型開關(guān)二極管構(gòu)成這樣的保 | 鑒于整個系統(tǒng)自身的電流消耗不能超過 | ，所以 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ４ｍＡ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 護(hù)電路，電路可以正常運(yùn)行，甚至當(dāng)電壓連接線是接反的， 通過 | ／ | 對復(fù)用線進(jìn)行分流， ／ | 的 | 輸入電壓為 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ＤＣＤＣ | ＤＣＤＣ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 它也能防止負(fù)電壓流入 | Ｖ＋ | 端。因?yàn)闃蚴诫娐分袩o論何 | ，輸出電壓為 | ，所以，當(dāng) | ／ | 效率為 | ８０％ | 以上 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| ２４Ｖ | ５Ｖ | ＤＣＤＣ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 時都會導(dǎo)通兩只二極管，于是，在計算環(huán)路電壓時，去掉兩 | 時，從電流環(huán)上取 | １ｍＡ | 電流，由公式（）計算出提供給數(shù) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ６ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 只硅二極管的正向壓降 | （約為 | ）是理所應(yīng)當(dāng)?shù)模墒?/td> | 字電路的電流為 | ，這樣不僅解決了電流環(huán)上的電 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| １．４Ｖ | ３．８４ｍＡ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| （）確定。 | 流大于 | ４ｍＡ | 的問題，而且解決了電路中芯片的供電問題。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ５ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ＶＬＯＯＰ ＝２４－Ｉ０ＲＬ －１．４ | （） | · · | · | （） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ５ | Ｖｉ Ｉｉ | η＝Ｖ０ Ｉ０ | ６ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 為了 防 止 瞬 態(tài) 電 壓 過 高， | 公 司 生 產(chǎn) 的 | 由于流量儀表采用二線制 | ２４Ｖ | 環(huán) | 路供電，單片機(jī) | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ｍｏｔｏｒｏｌａ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ｐ６ＫＥ３９Ａ | 型抑制器的各項參數(shù)都符合要求，其閾值電壓 | 供電，信號調(diào)理電路中運(yùn)放 | ＬＭ２５８ | 需要 | ５Ｖ | 電源供 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| ３．３Ｖ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 為 | ，鉗位時間僅為 | ，其性能是齊納穩(wěn)壓管所不及 | 電。為了降低電路功耗，使用 | ＴＩ | 公司的電壓轉(zhuǎn)換芯片 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| ３９Ｖ | １ｎｓ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 的。只要環(huán)路電壓高于 | ３９Ｖ | 就會被鉗位。 | 通過測試數(shù)據(jù) | ，將 | ２４Ｖ | 轉(zhuǎn)換為 | ，用芯片 | ＴＰＳ７９７３３ | 將 | ５Ｖ | 轉(zhuǎn) | |||||||||||||||||||||||||||
| ＬＭ３１０３ | ５Ｖ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 換為 | ，***后用芯片 | ＲＥＦ３０２０ | 將 | ３．３Ｖ | 轉(zhuǎn)換為 | ２．０４８ | （ | ）／（ | ＋Ｒ１０ | ） | （） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ３．３Ｖ | Ｖｏｕｔ ＝０．６× | Ｒ８ ＋Ｒ９ ＋Ｒ１０ | Ｒ９ | ７ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ，作為 | ／ | 轉(zhuǎn)換芯片的參考電壓。 | 芯片輸出電 | Ｖｏｕｔ | 為 | ， | 、 | 分別選為 | １０ｋΩ | 和 | ，根據(jù)式 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ｖ | ＤＡ | ＬＭ３１０３ | ５ＶＲ８ Ｒ９ | １．３ｋΩ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 壓由外部電阻 | Ｒ８ | 、 | 和 | Ｒ１２ | 決定。調(diào)整輸出電壓公式為： | （）計算出 | Ｒ１０ | 約為 | 。 | 轉(zhuǎn) | ５Ｖ | 電路如圖 | ４ | 所示。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ｒ９ | ７ | ６９Ω ２４Ｖ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 換為 | ，***后用芯片 | ＲＥＦ３０２０ | 將 | ３．３Ｖ | 轉(zhuǎn)換為 | ２．０４８ | （ | ）／（ | ＋Ｒ１０ | ） | （） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ３．３Ｖ | Ｖｏｕｔ ＝０．６× | Ｒ８ ＋Ｒ９ ＋Ｒ１０ | Ｒ９ | ７ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ，作為 | ／ | 轉(zhuǎn)換芯片的參考電壓。 | 芯片輸出電 | Ｖｏｕｔ | 為 | ， | 、 | 分別選為 | １０ｋΩ | 和 | ，根據(jù)式 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ｖ | ＤＡ | ＬＭ３１０３ | ５ＶＲ８ Ｒ９ | １．３ｋΩ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 壓由外部電阻 | Ｒ８ | 、 | 和 | Ｒ１２ | 決定。調(diào)整輸出電壓公式為： | （）計算出 | Ｒ１０ | 約為 | 。 | 轉(zhuǎn) | ５Ｖ | 電路如圖 | ４ | 所示。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ｒ９ | ７ | ６９Ω ２４Ｖ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
圖 ４ ２４Ｖ 轉(zhuǎn) ５Ｖ 電路
| ３．３ | ＲＳ４８５通信模塊 | 據(jù)；按鍵中斷用來設(shè)置儀表各種參數(shù)。系統(tǒng)軟件框圖如５ | |||||||||||||||||||||||||
| 抗干擾能力是考察儀表的一項關(guān)鍵指標(biāo)。為了減 | 所示。 | ||||||||||||||||||||||||||
| 少通信信號受外界干擾，通信模塊電路采用東芝公司的 | |||||||||||||||||||||||||||
| Ｐ１８１ 光 耦 隔 離 器 和 ７５ＬＢＣ１８４ 差 分 收 發(fā) 器 芯 片。 | |||||||||||||||||||||||||||
| ７５ＬＢＣ１８４差分收發(fā)器帶有內(nèi)置瞬變噪聲保護(hù)裝置，這 | |||||||||||||||||||||||||||
| 種設(shè)計特點(diǎn)明顯改善了減少數(shù)據(jù)異步傳輸電纜上的瞬 | |||||||||||||||||||||||||||
| 變噪聲的可靠性，這種可靠性是市場上現(xiàn)有器件所不及 | |||||||||||||||||||||||||||
| 的。遠(yuǎn)程計算機(jī)可以通過 ＲＳ４８５通信模塊及時了解渦 | |||||||||||||||||||||||||||
| 輪流量計的流量參數(shù)。 |
 |
||||||||||||||||||||||||||
| ４ | 系統(tǒng)軟件設(shè)計 | 圖 | ５ | 軟件框圖 | |||||||||||||||||||||||
| 系統(tǒng)軟件包含的主要功能模塊有：）初始化模塊：系 | |||||||||||||||||||||||||||
| １ | 脈沖計數(shù) | ||||||||||||||||||||||||||
| 統(tǒng)上電后，首先就要對單片機(jī)的狀態(tài)控制寄存器及各功能 | ４．１ | ||||||||||||||||||||||||||
| 設(shè)置定時器 | （ ）來捕獲渦輪信號脈沖個數(shù)，設(shè)置 | ||||||||||||||||||||||||||
| 模塊的工作模式進(jìn)行設(shè)置， | 使用之前也需要對其進(jìn)行 | ||||||||||||||||||||||||||
| ＡＴＡ | |||||||||||||||||||||||||||
| ＬＣＤ | 定時器 | （ ）來計算瞬時流量、累計流量和頻率輸出。捕 | |||||||||||||||||||||||||
| 復(fù)位和初始化顯示。 ）計算處理模塊：計算出傳感器信號 | |||||||||||||||||||||||||||
| ＢＴＢ | |||||||||||||||||||||||||||
| ２ | 獲／比較 寄 存 器 | 被 設(shè) 置 為 | ，輔 助 時 鐘 | ||||||||||||||||||||||||
| 的頻率，然后，根據(jù)所設(shè)定的儀表系數(shù)，計算出瞬時流量和 | ＴＡＣＣＲＯ | ||||||||||||||||||||||||||
| ３２７６７ | |||||||||||||||||||||||||||
| 和累計流量，再根據(jù)計算出來的瞬時流量，向外發(fā)送相應(yīng) | ＡＣＬＫ | 頻率選用 | ，定時器 | Ａ | 工作在增計數(shù)模式。 | ||||||||||||||||||||||
| ３２７６８Ｈｚ | |||||||||||||||||||||||||||
| 的脈沖量和標(biāo)準(zhǔn)的 | 的電流。 ）輸出模塊：系統(tǒng) | ＴＢ | 設(shè)置捕獲／比較寄存器 | ＴＢＣＣＲＯ | 為 | ，選用系統(tǒng)時 | |||||||||||||||||||||
| ４～２０ｍＡ | ６５５３５ | ||||||||||||||||||||||||||
| ３ | 鐘 | 分頻后的頻率為 | ，定時器 | 工作在連續(xù)模式。 | |||||||||||||||||||||||
| 輸出模塊即遠(yuǎn)程信號發(fā)送操作模塊，分別是４～２０ｍＡ 電 | ４ | ２ | Ｂ | ||||||||||||||||||||||||
| ＭＨｚ | |||||||||||||||||||||||||||
| 流輸出操作和脈沖輸出操作。 ）人機(jī)接口模塊：模塊由鍵 | ＴＡ | 的上升沿來觸發(fā)捕獲脈沖信號， | 根據(jù)相鄰兩次觸發(fā) | ||||||||||||||||||||||||
| ＴＢ | |||||||||||||||||||||||||||
| ４ | 信號的間隔時間來捕獲渦輪信號脈沖個數(shù)，再依據(jù) ＴＢ的 | ||||||||||||||||||||||||||
| 盤和 | ＬＣＤ | 組成，用于顯示和修改儀表測量結(jié)果。 ）中斷模 | |||||||||||||||||||||||||
| ５ | 工作時鐘頻率計算出渦輪信號的頻率，流程圖如圖 ６ | ||||||||||||||||||||||||||
| 塊： | 中斷負(fù)責(zé)頻率的測量； | 中斷負(fù)責(zé)脈沖 | |||||||||||||||||||||||||
| ＴｉｍｅｒＡ | ＴｉｍｅｒＢ | ||||||||||||||||||||||||||
計數(shù)、流量計算顯示和ＲＳ４８５通信；掉電中斷用來保存數(shù)
| 圖 | ６ | 脈沖捕獲流程圖 |
| 當(dāng) | ｐｕｌｓｅＩＮ２≤ｐｕｌｓｅＩＮ１ | 時，頻率計算公式為： | |||||||||||||||||||||
| ３２７６８－ｐｕｌｓｅＩＮ１＋ｐｕｌｓｅＩＮ２ | |||||||||||||||||||||||
| ｆｒｅｑ＝ | （） | ||||||||||||||||||||||
| ＿ | ８ | ||||||||||||||||||||||
| Ｅｓｔｔｉｍｅ | |||||||||||||||||||||||
| 當(dāng)ｐｕｌｓｅＩＮ２＞ｐｕｌｓｅＩＮ１時，頻率計算公式為： | |||||||||||||||||||||||
| ｆｒｅｑ＝ | ｐｕｌｓｅＩＮ２－ｐｕｌｓｅＩＮ１ | （） | |||||||||||||||||||||
| ＿ | ９ | ||||||||||||||||||||||
| 式 中： | Ｅｓｔｔｉｍｅ | ||||||||||||||||||||||
| 、 | 為 計 數(shù) 脈 沖 浮 點(diǎn) 型 變 量， | ||||||||||||||||||||||
| ｕｌｓｅＩＮ１ | ｕｌｓｅＩＮ２ | ||||||||||||||||||||||
| ｐ | ｐ | 為捕獲的渦輪脈沖數(shù)。 | |||||||||||||||||||||
| ＿ | 為計算瞬時流量時間， | ||||||||||||||||||||||
| Ｅｓｔｔｉｍｅ | ｒｅ | ||||||||||||||||||||||
| ｆ | ｑ | ||||||||||||||||||||||
| ４．２ 非線性補(bǔ)償設(shè)計 | |||||||||||||||||||||||
| 采用計算和查表相結(jié)合的插值法來處理渦輪傳感器 | |||||||||||||||||||||||
| 的非線性問題。插值法就是在傳感器輸出頻率 | Ｆ | 與儀表系 | |||||||||||||||||||||
| 數(shù)Ｋ 的特性曲線中，把輸出頻率Ｆ 分成Ｎ 個均勻的區(qū)間， | |||||||||||||||||||||||
| 這樣每個區(qū)間的端點(diǎn) | 都對應(yīng)一個輸出 ，測定完這些數(shù) | ||||||||||||||||||||||
| Ｆｉ | |||||||||||||||||||||||
| Ｋｉ | |||||||||||||||||||||||
| 據(jù)點(diǎn)（ | ， ），其中， | ，，… 。按偏差平方和***小原則 | |||||||||||||||||||||
| Ｆｉ | Ｋｉ | ｉ＝１２ | ｎ | ||||||||||||||||||||
| 求出近似曲線 | ｋ | （），并且采取二項方程為擬合曲線方 | |||||||||||||||||||||
| ＝φ | ｆ | ||||||||||||||||||||||
| 法，然后把近似曲線方程表達(dá)式預(yù)先存入到微控制器中， | |||||||||||||||||||||||
| 顯然當(dāng)曲線上任一點(diǎn) | Ｆｘ | 檢索到在（ ， | ）之 | 間或端點(diǎn) | |||||||||||||||||||
| Ｆｉ Ｆｉ＋１ | |||||||||||||||||||||||
| 處，就可以根據(jù)函數(shù)表達(dá)式計算出與之對應(yīng)的儀表系數(shù) | |||||||||||||||||||||||
| ， | 的計算表達(dá)式為： | ||||||||||||||||||||||
| Ｋｘ Ｋｘ | |||||||||||||||||||||||
Ｋｘ ＝ Ｋｉ ＋ｋ（Ｆｘ －Ｆｉ）＝ Ｋｉ ＋Ｋｉ＋１ －Ｋｉ（Ｆｘ －Ｆｉ）
Ｆｉ＋１ －Ｆｉ
（１０）
式中：ｉ＝１，２，３，…，ｎ；Ｆｘ 為當(dāng)前頻率值，其值介于Ｆｉ 和
Ｆｉ＋１ 之間。
實(shí)際使用線性插值時，線性化的誤差與檢測點(diǎn)的數(shù)量和位置相關(guān)。通過增加測量點(diǎn)數(shù)和選擇***佳位置來得到***好的的效果。
| ５ | 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 | |||||||||||||||||||||||||||||||
| ５．１ | 模擬電流輸出實(shí)驗(yàn) | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 本系統(tǒng)對儀表設(shè)定儀表系數(shù)，量程流量，將信號發(fā)生 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 器輸出信號的幅值調(diào)節(jié)到表１中的響應(yīng)值，合上開關(guān)將信 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 號頻率依次調(diào)節(jié)到量程頻率的 | １００％ | 、 | 、 | 、 ，記 | ||||||||||||||||||||||||||||
| ７５％２５％０％ | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 錄下各測試點(diǎn)的數(shù)字電流表的示值，由式（ | ）計算出電流 | |||||||||||||||||||||||||||||||
| １１ | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 相對誤差。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ｉ示ｉ －Ｉ理ｉ | ×１００％ | （ ） | ||||||||||||||||||||||||||||||
| ｉ＝ | Ｉ理ｉ | １１ | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 式中： | ｉ | 為第 | 試驗(yàn)點(diǎn)的電流輸出誤差； | 理 | 為第 | 試驗(yàn)點(diǎn) | ||||||||||||||||||||||||||
| ｉ | Ｉｉ | ｉ | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 的輸出電流理論值； | 示 | 為第 | 試驗(yàn)點(diǎn)的輸出電流實(shí)際值。 | |||||||||||||||||||||||||||||
| Ｉｉ | ｉ | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 表 | １ | 輸出電流相對誤差 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 電流測量值／ | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 信號幅值 | Ｋ | 系數(shù) | ｍＡ | |||||||||||||||||||||||||||||
| 量程頻率 量程頻率 量程頻率量程頻率 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| ／ | ／ · | －１ | ||||||||||||||||||||||||||||||
| ｍＶ | Ｐ Ｌ | １００％ | ７５％ | ２５％ | ０％ | |||||||||||||||||||||||||||
| １０ | ４０００ | ２０．０００ | １５．９９２ | ７．９９３ | ３．９９６ | |||||||||||||||||||||||||||
| ２０ | ５００ | １９．９９８ | １５．９９２ | ７．９９５ | ３．９９６ | |||||||||||||||||||||||||||
| ３０ | ８０ | １９．９９８ | １５．９９０ | ７．９９５ | ３．９９５ | |||||||||||||||||||||||||||
| 電流／ | ２０ | １６ | ８ | ４ | ||||||||||||||||||||||||||||
| ｍＡ | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| ***大誤差 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| （ ） | －０．０１ | －０．０６２ －０．０８７－０．１２５ | ||||||||||||||||||||||||||||||
| ％ | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 從表１可看出，本系統(tǒng)所設(shè)計的儀表輸出電流相對誤 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 差不超過０．２％，符合工業(yè)設(shè)計要求。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 儀表系數(shù)修正實(shí)驗(yàn) | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| ５．２ | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 在檢定裝置上 對口徑為 | 渦輪流量傳感器分別 | |||||||||||||||||||||||||||||||
| ， | ２０ｍｍ | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 使用平均系數(shù)法和線性插值法進(jìn)行標(biāo)定，并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 比較，結(jié)果見表 | 。量程范圍為（ | ３／ | ３／）渦輪 | |||||||||||||||||||||||||||||
| ２ | ０．７ｍ | ｈ～７．０ｍ | ｈ | |||||||||||||||||||||||||||||
| 流量傳感器的平均儀表系數(shù)由（ | ）式計算得到。 | |||||||||||||||||||||||||||||||
| １２ | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 表 | ２ | 平均系數(shù)法和線性插值法的比較 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 測試 標(biāo)準(zhǔn)儀表系數(shù) | 線性插值法 | 平均系數(shù)法 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 點(diǎn) | ／ · | －１ | 儀表系數(shù) 偏差 | 儀表系數(shù)偏差 | ||||||||||||||||||||||||||||
| ％ | ％ | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Ｐ ｍ | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| ０．７ | ５１８．７１ | ５１８．８９ | ０．０３４ | ５１３．０９ | １．０８ | |||||||||||||||||||||||||||
| １．５ | ５１４．０２ | ５１４．２８ | ０．０５１ | ５１３．０９０．１８１ | ||||||||||||||||||||||||||||
| ３．０ | ５１０．９４ | ５１０．９９ | ０．０１０ | ５１３．０９０．４２１ | ||||||||||||||||||||||||||||
| ４．０ | ５０９．６３ | ５０９．３５ | ０．０５５ | ５１３．０９０．６７９ | ||||||||||||||||||||||||||||
| ５．５ | ５０８．８３ | ５０８．５０ | ０．０６５ | ５１３．０９ | ０．８４ | |||||||||||||||||||||||||||
| ７ | ５０７．４７ | ５０７．７２ | ０．０４９ | ５１３．０９ | １．１１ | |||||||||||||||||||||||||||
| （ ） | （ ） | （ ） | ||||
| Ｋ＝ | Ｋｉ ｍａｘ ＋ Ｋｉ ｍｉｎ | |||||
| ２ | １２ | |||||
由表２可看出，平均系數(shù)法的***大非線性誤差為１．１１％，而插值修正法的***大誤差０．０６５％，偏差縮小了約１７倍。顯而易見，在同一測量精準(zhǔn)度水平下，采用插值修正法將會明顯擴(kuò)大渦輪傳感器的量程范圍。
６、結(jié) 論：
本文針對渦輪流量計實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，基于線性插值方法能有效提高渦輪傳感器的測量精度和擴(kuò)展測量的量程比。電路中芯片均采用低功耗器件，***大程度地降低了系統(tǒng)功耗；同時儀表配有 ＲＳ４８５通信、ＬＣＤ和按鍵輸入，遠(yuǎn)程計算機(jī)隨時可以查看儀表任意時刻的瞬時流量和累積流量等重要的參數(shù)，便于操作員能夠即時了解和統(tǒng)計流量計的信息。