電磁流量計的發(fā)展與應(yīng)用

電磁流量計的發(fā)展與應(yīng)用
   電磁流量計是隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的基于法拉第電磁感應(yīng)定理的用來測量導(dǎo)電性液體體積流量的儀表"，6，，f17l。
   一、技術(shù)發(fā)展動向
   在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，世界各國的流量計生產(chǎn)廠商都努力將應(yīng)用到產(chǎn)品的設(shè)計中，以提高產(chǎn)品的性能，擴大產(chǎn)品的使用范圍。具體表現(xiàn)在如下幾個方面：
   1、提高儀表智能性p’13J4，15,20,22,26】。儀表的智能性主要是功能上的智能性，特別是近年來新型微處理器的出現(xiàn)和應(yīng)用，使儀表通過軟件控制和管理整個測量的工作過程得以實現(xiàn)，充分發(fā)揮出微機的功能和靈活性。另外，流量儀表的智能性還體現(xiàn)在空管檢測、正／反向流量測量、小信號處理、非線性補償、數(shù)字濾波、零點自校準(zhǔn)等新功能的增加上。
   2、提高勵磁技術(shù)水平，改善測量性能啪9,26,27,64,68】。測量精度和穩(wěn)定性是電磁流量計的重要技術(shù)指標(biāo)，并與所采用的勵磁技術(shù)密切相關(guān)。隨著電磁流量計和電子技術(shù)的發(fā)展，勵磁技術(shù)也從直流勵磁、交流勵磁、低頻矩形勵磁發(fā)展到三值低頻矩形勵磁及雙頻勵磁技術(shù)階段，其目的就是為了減少干擾、提高檢測精度和儀表零點穩(wěn)定性。目前低頻矩形勵磁和三值低頻矩形勵磁已成為國外電磁流量勵磁方式的主流。另外，國外還出現(xiàn)了可由微機控制勵磁電壓，可按被測流體性質(zhì)選用所需勵磁方式，并能根據(jù)各種勵磁方式進(jìn)行信號運算處理，準(zhǔn)確地找出被各種噪聲埋沒的流量信號的智能電磁流量計。
   3、增強信號處理能力，減小測量誤差114，1即1’23’2‘29’地“。智能化電磁流量計經(jīng)降低勵磁電流、改進(jìn)傳感器結(jié)構(gòu)及其磁通分布密度，使其小型、輕量一體化的目標(biāo)得以實現(xiàn)，但其單位流速電感也變得更小，而對于不同的測量介質(zhì)，流量傳導(dǎo)內(nèi)阻變化很大，增加了信號處理的難度。隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的進(jìn)步， 用高性能集成芯片和微處理器來提高信號放大處理精度、拓寬儀表檢測量程、補償檢測誤差及零點校準(zhǔn)己成為當(dāng)今儀表的發(fā)展方向之一。同時，在軟件上采取非線性補償和數(shù)字濾波等高級處理能力也是增強儀表信號處理能力、減少測量誤差的一個重要舉措。
   4、提高系統(tǒng)的開放性[13,14,15,20,25,26】。系統(tǒng)的開放性包括硬件電路開放性、軟件結(jié)構(gòu)開放性、通訊接口開放性以及人機界面開放性。增強系統(tǒng)開放性有利于系統(tǒng)功能擴展、儀表問的互聯(lián)以及系統(tǒng)組網(wǎng)，更有利于操作和維護(hù)。隨著EDA工具及可編程器件技術(shù)的發(fā)展和日趨成熟，流量儀表工業(yè)進(jìn)入了新的發(fā)展時期。目前， 國外各大公司紛紛推出新一代各具特色的智能化流量儀表，其中，應(yīng)用PLD實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)字邏輯接口電路及邏輯運算的智能化電磁流量計的開發(fā)尤其引人注目。
   二、應(yīng)用現(xiàn)狀
   電磁流量計是一種測量導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的計量儀表，具有無節(jié)流阻流部件， 不易堵塞，耐腐蝕性好，適用介質(zhì)范圍廣，測量精度不受被測介質(zhì)溫度、粘度、密度、壓力、比重等物理參數(shù)的影響，其示值與被標(biāo)定的液體種類在一定的導(dǎo)電率范圍內(nèi)無關(guān)等特點。除可測量一般液體的流量外，還可測量液固兩相流、高枯度液流及鹽類、強酸、強堿液體的體積流量。可廣泛應(yīng)用于水泥、化工、輕紡、冶金、礦山、造紙、醫(yī)藥、給排水、食品飲料、制糖、釀造等工業(yè)技術(shù)部門，特別是在環(huán)保領(lǐng)域，電磁流量儀表己成為定量管理企業(yè)污水排放的有力手段。當(dāng)前國外電磁流量計專業(yè)生產(chǎn)廠有50家以上，而我國電磁流量計在工業(yè)上應(yīng)用始于60年代初，其中上海光華儀表廠是國內(nèi)提供產(chǎn)品的企業(yè)。目前國內(nèi)儀表行業(yè)己可提供較為完整的系列儀表，其中口徑已可做到3m。近年國內(nèi)電磁流量計全國銷售臺數(shù)估計在8500．10000臺之間，并且每年以35％的比例增加。迄今為止我國至少有2l家電磁流量計制造廠，產(chǎn)量排在前4位的是：上海光華·愛而美特儀器有限公司、開封儀表廠、上海橫河電機有限公司和上海光華儀表廠，它們占有電磁流量計中國市場80％左右的份額㈦4·5，8J”7”。
   1．4本課題研究的意義
    流量檢測儀表與系統(tǒng)測量的目的就是在生產(chǎn)過程中給管理者或控制系統(tǒng)提供流量參量的準(zhǔn)確數(shù)值，以便做出合理的判斷與調(diào)節(jié)，達(dá)到優(yōu)良的控制，提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量。可以說，應(yīng)用流量儀表測量流量值是提高企業(yè)科學(xué)管理水平、極大的發(fā)揮經(jīng)濟效益和社會效益的有力措施。
   電磁流量檢測儀表是利用法拉弟電磁感應(yīng)原理制成的測量導(dǎo)電流體體積的儀表，與現(xiàn)有各種非電磁流量檢測儀表相比，性能好，適用范圍廣，是目前應(yīng)用泛的流量儀表之一。
   我國經(jīng)過多年的技術(shù)探索和產(chǎn)品開發(fā)，雖然己在電磁流量檢測儀表開發(fā)方面取得了一定的成績，但由于起步遲、起點低，還處于比較落后的狀況。主要表現(xiàn)在№7,67,68,70l：
   l、功能弱。目前國產(chǎn)的流量檢測儀表一般只有信號放大、轉(zhuǎn)換、積算、記憶保存及顯示等基本功能，而缺少正反向流量檢測、空管檢測等高級功能。
   2、檢測精度低。國產(chǎn)流量儀表多數(shù)缺乏量程自動切換、零點自校準(zhǔn)、小信號切除、非線性補償以及數(shù)字濾波等高級信號處理能力，影響了流量檢測精度。
   3、可靠性不高。系統(tǒng)設(shè)計存在不足，信息轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，增加了信號處理的中間環(huán)節(jié)和信號之間的連線，易引入干擾信號，影響系統(tǒng)的檢測精度和抗力。另外，沒有很好地采用有效的軟硬件容錯、隔離等抗干擾措施。
   4、開放性差。目前的電磁流量計在硬件結(jié)構(gòu)上多由分離式模擬器件構(gòu)成，未采用新型集成芯片，使儀表的結(jié)構(gòu)、功能擴充性和使用維護(hù)都較困難：軟件設(shè)計采用過程化軟件設(shè)計思想，其可讀性和可擴展性較差；網(wǎng)絡(luò)通訊接口一般只配置RS232類串行接口，只有物理聯(lián)接上的規(guī)定，缺乏數(shù)據(jù)通訊和校驗等鏈路層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，因此，難以滿足用戶開放性、易組態(tài)的要求。在本課題的研究中，我們設(shè)計了基于16位的Intel 80C196KC單片機微處理器，采用CPLD來處理數(shù)字邏輯電路的新型智能電磁流量計，軟件設(shè)計中，我們采用了C196作為編程開發(fā)語言，充分利用了單片機系統(tǒng)良好的軟硬件資源，達(dá)到了增強儀表功能、提高測量精度、可靠性及開放性的目的。因此，本項目的開展，不僅能增強我國電磁流量儀表產(chǎn)品的性能質(zhì)量、更廣泛地滿足用戶需求，而且對促進(jìn)我國流量檢測技術(shù)的發(fā)展和開發(fā)水平提高等方面有著重大的意義。
   1．5本論文的任務(wù)與安排
   我們采用新型微處理器、高性能集成電路及成熟的通信技術(shù)，研究開發(fā)出具有組網(wǎng)通信功能的智能化電磁流量檢測儀表。開發(fā)出的電磁流量計符合國外電磁流量計智能化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化等發(fā)展趨勢，因此有助于改變國內(nèi)電磁流量計產(chǎn)品的落后現(xiàn)狀。本論文主要在智能電磁流量計的軟件設(shè)計及相關(guān)方面做了重點設(shè)計，主要完成的任務(wù)為：
  1、以hnel 80C196KC單片機為核心器件構(gòu)筑出功能強大的智能單元，增強電磁流量計系統(tǒng)的智能性和運算控制能力；
   2、采用單片機控制的，可靈活選擇的勵磁方式，適應(yīng)了于對不同流體采用勵磁方式，提高了測量準(zhǔn)確性；
  3、采用高精度儀器放大器和高性能A／D轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換，提高系統(tǒng)抗力和檢測精度，減少測量誤差；
  4、采用C196作為單片機的軟件開發(fā)語言，提高系統(tǒng)軟件的質(zhì)量和開發(fā)效率；
  5、采用非線性補償、數(shù)字濾波等多種技術(shù)措施提高系統(tǒng)的可靠性。
   基于以上任務(wù)，我們對本文各章內(nèi)容做出如下安排：
  章：簡要介紹了智能電磁流量計的測量原理、發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，探討了研究和開發(fā)電磁流量計的意義，給出全文的研究內(nèi)容及其安排；
  第二章：通過對電磁流量計系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)分析，提出了智能電磁流量計系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計；
  第三章：簡單分析了Intel 80C196KC單片機的基本結(jié)構(gòu)，并對系統(tǒng)進(jìn)行了模塊化的劃分。然后對智能流量計的勵磁電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，鍵盤接口，LCD顯示接口等功能模塊的設(shè)計實現(xiàn)做了詳細(xì)的介紹；
  第四章：用C196語言實現(xiàn)智能電磁流量計的系統(tǒng)軟件設(shè)計；
  第五章：對全文所作工作進(jìn)行了總結(jié)與展望。擴展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業(yè)生產(chǎn)電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計、文丘里流量計、V錐流量計、V型錐流量計、噴嘴流量計、插入式電磁流量計、智能電磁流量計、分體式電磁流量計、一體式電磁流量計、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴、插入渦街流量計、智能渦街流量計，更多信息請訪問開封中儀網(wǎng)站：