脉冲式输出流量计的信号测量.pdf

《脉冲式输出流量计的信号测量.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、《冶金自动化》2004年增刊脉冲式输出流量计的信号测量王文海，陈伟杰(浙江大学控制科学与工程学系，浙江杭州310007)[摘要]随着脉冲式输出流量计的市场应用在不断发展，能准确测量这种流量计的信号就显得尤为重要。本文分析了脉冲信号特点，提出了新的瞬时流量和累积流量测量方法，解决了测量精度低的难题，并在流量积算仪中得到成功应用，产生了实际应用价值。〔关键词〕流量计;频率;瞬时流量;累积0引言流量计的分类方法很多[1^-21，按照信号的输出类型划分，可分为模拟量输出流量计和脉冲式输出流量计。脉冲式输出流量计包括:容积式流量计、涡轮流量计、涡街流量计、插人式流量计等，这些流

2、量计输出的是脉冲信号，一个脉冲代表一定体积的流量。这几年，随着工业生产的发展，流量计的应用需求在不断的增加，尤其是脉冲式输出流量计得到了空前的发展和应用。目前，市场上流量积算仪(也称流量显示仪)种类繁多，生产的厂家也有很多，但是它们针对脉冲式输出流量计(以下简称流量计)的脉冲信号测量都不尽如人意，有些瞬时流量较准，累积量不准，而有些累积量较准，瞬时流量不准。这些问题的产生是由于测量方法的局限性所造成。作者通过几年来对流量积算仪的研究开发，对于这种流量计信号的测量方法具有深刻体会，不仅解决了以上问题，而且在产品中得到了成功应用。本文将针对瞬时流量和累积流量的测量方法作一

3、介绍。瞬时流f测A瞬时流量正比于流量计输出的脉冲频率，方程为:F=kXf(1)式中，F，为体积流量，m3/h;k为流量计仪表系数，1/m3;f为流量计输出频率，Hz,用户接人流量计信号，设定相应的仪表系数，流量积算仪只要正确测量脉冲频率，按式1.1及有关补偿公式进行处理，就可以获得准确的流量值。因此问题的关键就是如何准确测量流量计输出的脉冲频率。1.1脉冲信号特点在提出频率测量方法之前，首先了解流量计信号的特点:·频率低脉冲频率一般在10kHz以内，如涡街流量计输出频率为0^-5kHz，容积式流量计更小，一般只有几百Hz，甚至几十Hz,·不均匀脉冲分布不均匀。例如容积

4、式流量计，它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，并附加发信装置输出脉冲信号，在这样的一个转动周期内，脉冲的分布不均匀。如图1所示。在一个周期T内，前半个周期脉冲分布密集，后半个周期分布稀疏，但是每个周期脉冲数是一样的。1.2频率测f方法通常频率测量方法有两种:测周法和测频法。作者针对流量计的信号特性，在普通测频法的基础上，提出了一种新的频率测量方法。测频法就是在一定的时间间隔内，对输人的周期信号脉冲计数，则信号的频率为:「收稿日期〕2004-02-19;〔修改稿收到日期]2004-03-03[作者简介」王文海(1967-)，男，浙江杭州人，副教授

5、，主要从事自动化检测、信号处理、控制及其仪表等方面的研究工作。519(冶金自动化》2004年增刊图1脉冲分布示意图f=n/tt(2)式中，.f为脉冲频率;n为脉冲个数;t为时间间隔。按照普通测频法的原理，会有计数误差△n=士1，如图2所示。造成计数误差△n=士1的原因如下:第一，定时器启动后，没有遇上待测脉冲的下降沿，而要等ti时间后才开始计数;第二，定时器时间到，不在待测脉冲的末尾，而提前了t2时间。为消除pn的误差，采用了新的测频方法，新的测频法计算公式:f=n/t，'(3)式中，t’为时间间隔。该方法同普通测频法的最大区别就是频率计算公式中的分母不同。式(2)中

6、，分母t是不变的，而式(3)中的t'是可变的。如图3所示。单片机系统的软件可控性[3]，使消除计数误差,An变得很简单，计数时使用单片机的两个定时器，一个定时，另一个计数。计数器由外部信号控制启动，且与待测脉冲信号同步，这样就消除了图2中t,的影响。如图3中，当定时时间t到了之后，CPU采样到最后一个脉冲后，此时计数值为n,n个脉冲的时间为t‘，这样就消除了图2中t:的影响，用计数值n除以计时值t’即可得到被测频率值[3]。这种测量方式的误差(0.100。对定时时间t的选取为小于1:，这样保证对频率信号的响应时间小于1:。图2普通测频法图3新的测频法2累积测f法流量累

7、积就是在一定时间内测得的流量总和，公式为:M=fFLdt‘(4)式中，M为流量累积，m';Ft为瞬时流量，m3/ho瞬时流量F按前面提到的测量方法和式(1)计算获得，然后经过积分运算就得到了累积流量。这是比较常用的累积测量法，不需要设置累积的仪表系数，方法简单。但是这种方法有其缺陷，由于测量瞬时流量会有误差，作积分运算的时候，同时会把误差累积上去，造成累积值的偏差不断扩大。作者采用新的累积测量法，通过测量脉冲数来获得累积流量，即:M=k,X习Np(5)式中，M为流量累积，m3;k，为脉冲当量，M,/P;凡为脉冲数。单片机的计数器就可以采用测量频率时候