電磁流量計(jì)的量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換及標(biāo)尺變換技術(shù)

智能儀表常需對(duì)外界各種信號(hào)停止丈量。其辦法普通為：先由傳感器把外界信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模仿電信號(hào)，然后用模數(shù)轉(zhuǎn)換器把其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，再由單片機(jī)停止處置。此時(shí)應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)停止一定的轉(zhuǎn)換處置，如根本的標(biāo)度變換和漂移、增益誤差的自動(dòng)校準(zhǔn)及量程切換(當(dāng)丈量范圍較大)等∞．31，46，47．48】。智能化轉(zhuǎn)換器的噪聲處置才能強(qiáng)，在很大范圍內(nèi)丈量線(xiàn)性度好。因而，量程轉(zhuǎn)換無(wú)須運(yùn)用硬件電路。

   一、量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換

   假如傳感器和顯現(xiàn)器的分辨率一定，而儀表的丈量范圍很寬時(shí)，為了進(jìn)步丈量的精度，智能化丈量控制儀表應(yīng)能有自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程的功用。由于實(shí)踐被鍘信號(hào)需經(jīng)放大器放大后再停止模數(shù)轉(zhuǎn)換，假如用同一增益的放大器去放大，則必然使低電平信號(hào)丈量精度降低。設(shè)如用lOmV及1v兩種量程丈量小于10mV的同一被測(cè)信號(hào)，且其放大器的放大倍數(shù)都為lO倍，此時(shí)若放大器輸出誤差為0．5InV， 那么對(duì)lOmV檔的輸入誤差為5％，而對(duì)1V檔的誤差僅0．05％。因而，為了保證信號(hào)丈量精度，請(qǐng)求放大器能自動(dòng)轉(zhuǎn)換增益，當(dāng)小信號(hào)時(shí)，增益自動(dòng)變大，而大信號(hào)時(shí)，增益自動(dòng)減少。量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換還能避免數(shù)據(jù)溢出、電路過(guò)載，保證系統(tǒng)工作在最佳電平區(qū)域。以前的模仿儀表多采用機(jī)械開(kāi)關(guān)人工自動(dòng)選擇量程，這樣運(yùn)用很不便當(dāng)，也容易出錯(cuò)。目前的數(shù)字儀表多采用量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換。在丈量時(shí)， 先把量程開(kāi)關(guān)置于最大處，丈量結(jié)果如太小，則自動(dòng)把量程開(kāi)關(guān)降低一檔，再丈量，直到測(cè)出值適中或量程開(kāi)關(guān)處于最小為止。在停止量程轉(zhuǎn)換時(shí)，并不請(qǐng)求非常準(zhǔn)確的讀數(shù)，只需丈量出輸入量的大致范圍。量程轉(zhuǎn)換倍率普通為10的倍數(shù)， 但為了便于同微機(jī)接口，進(jìn)步儀器的精度，自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換可采用2的倍數(shù)，其中常用的為4的倍數(shù)。由于儀器中常用二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，運(yùn)用倍率1，在改動(dòng)階碼時(shí)，只需將階碼加2或減2，即可完成所需乘4或除4的運(yùn)算。同時(shí)，如倍率獲得太大，在同一量程內(nèi)，小信號(hào)的有效數(shù)字將太小，會(huì)降低儀表的分辨率和精度。

   二、標(biāo)尺變換技術(shù)

   智能化丈量控制儀表在讀入被測(cè)模仿信號(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，常常要轉(zhuǎn)換成操作人員所熟習(xí)的工作量。這是由于被測(cè)對(duì)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)前置處置后所得的信號(hào)值僅對(duì)應(yīng)于被測(cè)值的大小，故必需把其轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值后才干停止運(yùn)算、顯現(xiàn)和打印輸出等處置，為此需對(duì)被測(cè)值停止標(biāo)度變換。

   l、線(xiàn)性變換

   線(xiàn)性變換是最常用的標(biāo)度變換辦法，其前提請(qǐng)求參數(shù)值與模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果之間關(guān)系是線(xiàn)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表示被丈量變換后的值，】，讎表示被測(cè)檔量程最大值，l么表示被測(cè)檔量程最小值，Ⅳ一表示J幺對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換后的輸入值，Ⅳ。表示‰對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換后的輸入值，x表示丈量值y對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換值。對(duì)一個(gè)實(shí)踐系統(tǒng)，，r眥、，幺、Ⅳ一、^r曲普通都為己知的，故上式能夠變換成如下方式： Y=SCl·X+SCo (2-2) 式中$Cl和SCo為多項(xiàng)式系數(shù)，$Co取決于零點(diǎn)值，SCl為擴(kuò)展因子。

   2、公式轉(zhuǎn)換法當(dāng)傳感器測(cè)出的數(shù)據(jù)與實(shí)踐參數(shù)不是線(xiàn)性關(guān)系，而是由傳感器和丈量辦法決議的某一解析函數(shù)關(guān)系，此時(shí)標(biāo)度變換可由公式變換法取得。例如當(dāng)用差壓變送器測(cè)流量信號(hào)時(shí)，由于壓差與流量的平方成正比，即其流量】，與經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的丈量輸入值X成平方根關(guān)系。這時(shí)可采用如下公式計(jì)算：k(k一‰)．1／囂+‰ (2．3) 式中的各項(xiàng)含義同上，在實(shí)踐運(yùn)用時(shí)，與前面一樣，能夠變換為如下計(jì)算式： Y=sc2×√。r—scj+SCo(2-4)

   3、多項(xiàng)式變換

    當(dāng)傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)與實(shí)踐參數(shù)成非線(xiàn)性，且無(wú)法用一簡(jiǎn)單的式子來(lái)表示， 或其解析式復(fù)雜而難以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)處置請(qǐng)求時(shí)，應(yīng)采用多項(xiàng)式法停止非線(xiàn)性標(biāo)度變換。此時(shí)應(yīng)先肯定多項(xiàng)式的階數(shù)N，然后選取N+1個(gè)丈量點(diǎn)，并測(cè)出其實(shí)踐參數(shù)值】】=與傳感器輸出值Xj(i=班N)，再運(yùn)用插值多項(xiàng)式計(jì)算求出變換值。這種標(biāo)度變換是最簡(jiǎn)單、最適用的一種非線(xiàn)性變換辦法，適用于許多應(yīng)用場(chǎng)所。在實(shí)踐運(yùn)用時(shí)，還可依據(jù)需求采用二次變換，即第一次采用線(xiàn)性變換，其系數(shù)sc,、SCo可恣意修正，以改良傳感器或其電路的偏向，由于即便對(duì)兩個(gè)同型號(hào)的傳感器來(lái)說(shuō)， 它們的轉(zhuǎn)換特性也可能不完整一樣，故需先修正SCl、SCo來(lái)補(bǔ)償傳感器的差別， 然后再停止非線(xiàn)性標(biāo)度變換。由以上剖析可知，各種標(biāo)度變換辦法都有其特定的順應(yīng)條件，在滿(mǎn)足精度的條件下應(yīng)選擇簡(jiǎn)單的變換辦法。在本項(xiàng)目中，流量計(jì)采樣得到的數(shù)據(jù)與實(shí)踐數(shù)據(jù)具有近似的線(xiàn)性關(guān)系，并且我們還經(jīng)過(guò)非線(xiàn)性補(bǔ)償來(lái)滿(mǎn)足線(xiàn)性變換的條件，因而能夠采用線(xiàn)性變換來(lái)完成標(biāo)度的變換。

    2．3系統(tǒng)總體構(gòu)造設(shè)計(jì)

    經(jīng)過(guò)對(duì)智能電磁流量計(jì)檢測(cè)儀表關(guān)鍵技術(shù)的剖析、研討和比擬，并綜合國(guó)內(nèi)外電磁流量檢測(cè)儀表產(chǎn)品智能化、繼承化、開(kāi)放化的開(kāi)展趨向，我們提出了集轉(zhuǎn)換器、計(jì)算儀、RS485規(guī)范總線(xiàn)于一體的智能電磁流量計(jì)。其總體構(gòu)造如圖2．8： 電==爿蘭曼蘭至l 篇幅磊翮I．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．_J 磁器辟M(fèi)CU 仁回流量傳感器仁阿磊沖=一。d 485總線(xiàn)接口圖2．8系統(tǒng)總體構(gòu)造

    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(hào)轉(zhuǎn)換模塊、A／D轉(zhuǎn)換模塊、勵(lì)磁電流發(fā)作模塊；流量積算、控制單元包括RS-485通訊接口、鍵盤(pán)控制模塊、液晶顯現(xiàn)模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。各單元功用如下：

   I、電磁流量傳感器：根據(jù)線(xiàn)性關(guān)系將導(dǎo)管內(nèi)被測(cè)流體的流量信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)。

   2、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊：將傳感器所輸出的小電壓信號(hào)停止放大，并濾除掉與被測(cè)信號(hào)無(wú)關(guān)的干擾信號(hào)使信號(hào)純化，為A／D轉(zhuǎn)換器提供放大的模仿量。

  3、A／D模塊：將模仿量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量提供應(yīng)單片機(jī)停止處置。

  4、勵(lì)磁模塊：為變送器提供勵(lì)磁電流。

  5、RS-485通訊模塊：為儀表提供RS-485規(guī)范總線(xiàn)通訊接口。

  6、鍵盤(pán)控制模塊：完成儀表的參數(shù)設(shè)置和控制。

  7、液晶顯現(xiàn)模塊：完成儀表的瞬時(shí)流量、累計(jì)流量等實(shí)時(shí)顯現(xiàn)。

  8、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊：寄存流量積算后的累計(jì)流量數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)正常工作所必需設(shè)置的各項(xiàng)參數(shù)。

  2．4本章小結(jié)

   本章經(jīng)過(guò)對(duì)電磁流量計(jì)系統(tǒng)的剖析、比擬和論證，肯定了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所采用的計(jì)劃，并對(duì)系統(tǒng)的總體構(gòu)造停止了設(shè)計(jì)。為后面電磁流量計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的展開(kāi)奠定了根底。