差压式涡街质量流量测量信号处理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种差压式涡街质量流量测量信号处理系统。用差压传感器测量涡街流量计旋涡发生体上、下游的差压，将测得的差压与差压式涡街质量流量测量信号处理装置相接，在该装置中，差压传感器的输出信号经过程控放大、平均值分离、频率分离、自适应滤波等处理，分别得到涡街频率信号和差压平均值信号，然后，这两路信号经过模数转换（加）后送往单片机进行相关的运算，得到测量管内被测流体的质量流量。本发明专利技术设计的装置实现了对管道内流体质量流量的直接测量，具有结构简单、测量准确度高、成本低、抗干扰性强、适用范围广等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种差压式涡街质量流量测量信号处理系统。
技术介绍
质量流量的测量是过程参数检测领域的一个重点和难点问题。利用已有的传统体积流量计，经过改进、完善与提高，发展成质量流量计，是质量流量测量技术发展的一个重要趋势，涡街流量计就是其中的重要代表。目前比较有代表性的是升力式涡街质量流量计，它采用压电传感器同时测量涡街频率和旋涡升力，但是旋涡升力对应的信号幅值与压电元件稳定性、放大器稳定性、现场安装条件、被测介质温度等多种因素有关，测量准确度难以提高。本专利技术专利专利技术人提出的一种新的质量流量测量方法，已经申请专利技术专利“涡街质量流量测量方法”并获得了授权。本专利技术是在以上专利技术专利的基础上，通过对涡街质量流量信号处理电路和相关硬件的设计，开发出来的涡街质量流量测量装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种差压式涡街质量流量测量信号处理系统。差压式涡街质量流量测量信号处理装置单片机分别与程控放大器、A/D转换器、自适应滤波器相接，程控放大器与信号平均值分离电路、A/D转换器相接，程控放大器与信号频率分离电路、自适应滤波器、A/D转换器相接，程控放大器与差压传感器、恒流电源相接。所述的程控放大器电路为放大器A1第八引脚经数字电位器U1与放大器A1第一引脚相接。信号频率分离电路为放大器A2的正输入与电容C1、电容C2相接，放大器A2的正输入端经电阻R6接地，放大器A2的负输入端经电阻R9接地，放大器A2的输出端经电阻R1与电容C1、电容C2相接，放大器A2的输出端经电阻R8、电阻R9接地。信号平均值分离电路为放大器A3的正输入端与电阻R2、电阻R3相接，放大器A3的正输入端经电容C4接地，放大器A3的负输入端经电阻R4接地，放大器A3的输出端与电容C3、电阻R2相接，放大器A2的输出端经电阻R4、电阻R5接地。自适应滤波器为放大器A4的正输入端经电阻R7与电源VDD相接，放大器A4的正输入端经电阻R10接地，放大器A4的负输入端与放大器A4的输出端相接，放大器A5的正输入端与电阻R12相接，放大器A5的正输入端经电阻R11与放大器A4的输出端相接，放大器A5的负输入端经电阻R13接地，放大器A5的输出端经电阻R14与放大器A5的负输入端相接，滤波器U2的输入端与放大器A5的输出端相接。本专利技术设计的装置实现了对管道内流体质量流量的直接测量，具有结构简单、测量准确度高、成本低、抗干扰性强、适用范围广等特点。附图说明图1是本专利技术信号测量装置与信号处理装置示意图；图2是本专利技术信号处理装置总体框图；图3是本专利技术程控放大器电路图；图4是本专利技术信号频率分离电路图；图5是本专利技术信号平均值分离电路图；图6是本专利技术电压提升和自适应滤波器电路图；图7是本专利技术涡街频率与体积流量的关系图；图8是本专利技术测量体积流量的相对误差图；图9是本专利技术差压均值与体积流量的关系图；图10是本专利技术差压均值与涡街频率的比值和质量流量的关系图；图11是本专利技术测量质量流量的相对误差图。具体实施例方式本专利技术信号测量装置与信号处理装置如图1所示。在测量管1内设有涡街流量计的旋涡发生体2，在涡街流量计的旋涡发生体上游0.5D～D(D为测量管内直径)内开有一个取压孔3，在涡街流量计的旋涡发生体下游0.5D内开有另一个取压孔4，在两个取压孔之间接有差压传感器5，差压传感器5之后接有信号处理电路6，信号处理电路6之后接有单片机7。差压式涡街质量流量测量信号处理系统的总体框图如图2。单片机分别与程控放大器、A/D转换器、自适应滤波器相接，程控放大器与信号平均值分离电路、A/D转换器相接，程控放大器与信号频率分离电路、自适应滤波器、A/D转换器相接，程控放大器与差压传感器、恒流电源相接。用恒流电源给差压传感器供电，将差压信号转换成毫伏级电压信号，经程控放大和自适应滤波处理后得到频率信号和差压平均值，再经A/D转换后由单片机采集，单片机进行运算后就得到了质量流量。单片机系统采用了TI公司生产的低功耗型MSP430系列微处理器。差压传感器产生的毫伏级电压信号包含两个信号值一是涡街的频率信号，用来测量流体的体积流量；二是差压的平均值信号，和频率信号一起用来测量流体的质量流量。传统的涡街体积流量计，大多采用模拟滤波电路对传感器的输出信号进行滤波，然后通过整形、计数的方法获得涡街频率，这种方法在应用中存在量程比受限，抗干扰能力弱，电路通用性差等缺点。为了改善电路的抗干扰能力和通用性，提高测量精度及量程比，采用了程控放大器和可编程滤波器来代替传统的电路，使电路在不同工况下能具有自适应能力，且能在线调节电路参数，因此能有效的滤除干扰信号，提高频率测量精度和测量范围。具体实现方法和电路如下(1)程控放大器如图3所示，程控放大器电路采用仪用放大器加数字电位器的方法设计程控放大器来取代传统放大器。仪用放大器选用AD620，它具有低失调电压漂移、低噪声等特点，且只需改变外接电阻的大小即可设置1～1000的放大增益。外接电阻采用数字电位器MAX5402，它的端电阻为10K，抽头数为256，且具有低温漂等特性。单片机通过改变数据电位器的阻值，即可改变仪用放大器的放大倍数，实现了放大倍数的在线调节。电路具体连接关系为放大器A1第八引脚经数字电位器U1与放大器A1第一引脚相接，放大器A1的第三、二引脚分别接差压传感器的正负输出端Vin+、Vin-，放大器A1的第七、第四引脚接正负电影VCC和VEE，。放大器A1的第五引脚接地，放大器A1的第六引脚接信号频率分离电路和平均值分离电路。(2)频率分离、平均值分离电路如图4所示，信号频率分离电路为放大器A2的正输入与电容C1、电容C2相接，放大器A2的正输入端经电阻R6接地，放大器A2的负输入端经电阻R9接地，放大器A2的输出端经电阻R1与电容C1、电容C2相接，放大器A2的输出端经电阻R8、电阻R9接地。如图5所示，信号平均值分离电路为放大器A3的正输入端与电阻R2、电阻R3相接，放大器A3的正输入端经电容C4接地，放大器A3的负输入端经电阻R4接地，放大器A3的输出端与电容C3、电阻R2相接，放大器A2的输出端经电阻R4、电阻R5接地。经过程控放大器放大后的信号包含涡街频率信号和差压平均值信号，为了能同时得到这两路信号，设计了一个截止频率为0.5Hz的二阶高通滤波器来隔离直流分量，得到交流信号，即涡街频率信号。同时设计了一个截止频率为0.5Hz的二阶低通滤波器来隔离交流分量，得到直流信号，即差压平均值信号。放大器均采用CA3240。(3)自适应滤波电路如图6所示，自适应滤波器为放大器A4的正输入端经电阻R7与电源VDD相接，放大器A4的正输入端经电阻R10接地，放大器A4的负输入端与放大器A4的输出端相接，放大器A5的正输入端与电阻R12相接，放大器A5的正输入端经电阻R11与放大器A4的输出端相接，放大器A5的负输入端经电阻R13接地，放大器A5的输出端经电阻R14与放大器A5的负输入端相接，滤波器U2的输入端与放大器A5的输出端相接。滤波器U2电路连接关系为滤波器U2第一引脚与滤波器U2第六引脚相接，滤波器U2第二引脚与放大器A5的输出端相接，滤波器U2第三引脚接地，滤波器U2第四、第七引脚接电源VDD，滤波器U2第五引脚接A/D转换器，滤波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种差压式涡街质量流量测量信号处理系统，其特征在于：单片机分别与程控放大器、Ａ／Ｄ转换器、自适应滤波器相接，程控放大器与信号平均值分离电路、Ａ／Ｄ转换器相接，程控放大器与信号频率分离电路、自适应滤波器、Ａ／Ｄ转换器相接，程控放大器与差压传感器、恒流电源相接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏建，孙志强，项银杰，黄咏梅，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]