CN108692784A - 基于dsp的宽粘度变流速鲁棒自适应涡轮流量积算仪 - Google Patents

基于dsp的宽粘度变流速鲁棒自适应涡轮流量积算仪 Download PDF

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薛珑
史艳霞
杨雷
王莉
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Tianjin Sino German University of Applied Sciences
Tianjin Sino German Vocational Technical College
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Tianjin Sino German Vocational Technical College
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    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/07—Integration to give total flow, e.g. using mechanically-operated integrating mechanism
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Abstract

本发明涉及控制领域、流量测量技术领域，尤其涉及一种基于DSP的宽粘度变流速鲁棒自适应涡轮流量积算仪，包括智能控制系统、数据显示系统、用户输入系统以及通讯系统；智能控制系统的使用TMS320F28335作为微控制器，实时采集前端流量传感器输入的脉冲信号，并对其进行运算处理。本发明内部置入粘度和流速信息修正函数，当被测介质的粘度或流速发生变化时，该装置能够进行自动修正，不需要停产装卸仪表专门进行重新标定，提升生产效率。

Description

基于DSP的宽粘度变流速鲁棒自适应涡轮流量积算仪
技术领域
本发明涉及控制领域、流量测量技术领域，尤其涉及一种基于DSP的宽粘度变流速鲁棒自适应涡轮流量积算仪。
背景技术
涡轮流量传感器被广泛的用于流体的测量，而当遇到一些具有高粘度油品或者化学品介质时，普通的涡轮流量计无法完成对被测介质的精准计量。而且，由于温度对液体介质粘度影响很大，当一些室外管道或者工厂内部不具备恒温条件时，由温度影响的粘度变化会导致涡轮流量计的计量出现较大误差。同时，流速的变化也会对仪表系数产生较大影响。目前，解决此问题的主要手段还是重新更换仪表传感器，或者对智能二次表进行重新标定。两种方法都会加大成本的投入，并且需要现场停止生产一天到数天不等的时间。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种基于DSP的宽粘度变流速鲁棒自适应涡轮流量积算仪。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种基于DSP的宽粘度变流速鲁棒自适应涡轮流量积算仪，其特征在于：包括智能控制系统、数据显示系统、用户输入系统以及通讯系统；
智能控制系统的使用TMS320F28335作为微控制器，实时采集前端流量传感器输入的脉冲信号，并对其进行运算处理，具体为：涡轮流量计的仪表系数与被测介质的粘度和流速有直接的关联，并通过理论推导得到有如下函数关系
其中K为仪表系数，ν为被测介质粘度，f为涡轮流量传感器转动频率，依据此公式，先以粘度ν为自变量，为因变量，其中为该粘度下的平均仪表系数，拟和函数F；再在确定的粘度点，以频率除以粘度的比值f/ν为自变量，以为因变量拟和函数G；最终修正后的仪表系数K由此两项函数的乘积再开方得到；
得到函数F:
得到函数G:
其中，被测介质粘度ν由用户从涡轮流量积算仪输入，频率信号由涡轮流量积算仪自动测得；
最终进过函数F和函数G计算出仪表系数的平方，该数经过开房后就是当前粘度和流速下对应的仪表系数，当前脉冲频率值除以该仪表系数，就是实际的体积流量值；
数据显示系统用于显示微控制器输出的提及流量值，采用点阵式液晶显示器，132*32的点阵分布；
用户输入系统实现流量数据菜单、被测介质粘度数据置入不同屏幕切换；
通讯系统采用HART通讯，智能控制系统与上位机进行数据交换，通讯时上位机为主机，涡轮流量积算仪为从机，上位机随时可以读取从机的数据，并且可以由上位机远程置入粘度参数信息。
优选地，所述数据显示系统内置有ST7565R控制器。
本发明的有益效果是:一、易于实施，安装方便，外形体积小巧，能够节约安装时间以及物料成本。
二、可以现场显示流量信息，同时也可以远传，从上位机电脑进行参数读取和参数置入。
三、内部置入粘度和流速信息修正函数，当被测介质的粘度或流速发生变化时，该装置能够进行自动修正，不需要停产装卸仪表专门进行重新标定，提升生产效率。
附图说明
图1为本发明中的结构框图；
图2为本发明涡轮流量积算仪通讯系统示意图；
图3为本发明中脉冲输入信号调理放大原理图；
图4为本发明中液晶显示器接线原理图；
图5为本发明中HART通讯A5191外围连接电路原理图；
图6为本发明中HART通讯AD421外围连接电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。如图1-3所示，一种基于DSP的宽粘度变流速鲁棒自适应涡轮流量积算仪装置可以分成四个部分，智能控制系统、数据显示系统、用户输入系统以及通讯系统。
一、智能控制系统的使用TMS320F28335作为微控制器，实时采集前端流量传感器输入的脉冲信号，并对其进行运算处理，具体为：
依据前期大量的实验，得到涡轮流量计的仪表系数与被测介质的粘度和流速有直接的关联，并通过理论推导得到有如下函数关系
其中K为仪表系数，ν为被测介质粘度，f为涡轮流量传感器转动频率，依据此公式，先以粘度ν为自变量，为因变量，其中为该粘度下的平均仪表系数，拟和函数F；再在确定的粘度点，以频率除以粘度的比值f/ν为自变量，以为因变量拟和函数G。最终修正后的仪表系数K由此两项函数的乘积再开方得到。
y＝2.337×106+6.6167×1010×x
得到函数F:-3.3054×1015×x2+4.97125×1019×x3
y＝0.8729+1.7192×10-8×x-6.23×10-16×x2
得到函数G:+8.8178×10-24×x3-4.368×10-32×x4
其中，被测介质粘度ν由用户从涡轮流量积算仪输入，频率信号由涡轮流量积算仪自动测得。
最终进过函数F和函数G计算出仪表系数的平方，该数经过开房后就是当前粘度和流速下对应的仪表系数，当前脉冲频率值除以该仪表系数，就是实际的体积流量值。
智能控制系统接收到前端传感器输入的涡轮流量电脉冲信号，结合用户置入的粘度参数对其进行运算处理。粘度作为函数F的自变量，粘度除以频率作为函数G的自变量，带入运算后两数相乘在开方及得到对应粘度和流速下的仪表系数，当前脉冲频率除以仪表系数即得到实际体积流量值。
如图4所示，数据显示系统采用点阵式液晶显示器，132*32的点阵分布，可显示各种文字以及图形，可以选择并行工作模式或串行工作模式，具有蓝色可开关的背光，内置有ST7565R控制器。供电电压为3V，额定的工作电流为240μA，开背光后的工作电流为70mA，液晶显示器默认显示当前仪表测得的瞬时流量和累积流量，以上数据每隔一秒刷新显示一次。按下“切换屏幕”按钮后显示当先用户置入的被测介质粘度，再按一次回到默认电参量显示屏幕。数据显示系统默认显示当前仪表测得的瞬时流量和累积流量，数据每隔一秒刷新显示一次。按下“切换屏幕”按钮后显示当先用户置入的被测介质粘度，再按一次回到默认流量显示屏幕。用户通过数据显示系统可以在现场直接查看被测介质的流量信息。
用户输入系统由三个按钮配以显示屏幕和微控制器程序构成，用户按下“切换屏幕”按钮能够实现流量数据菜单、被测介质粘度数据置入等不同屏幕切换；“粘度参数置入”按钮，有两个，一个控制数据位选择，一个控制具体数字从“0”到“9”的置入。用户输入系统用来进行显示屏幕的切换，在默认流量显示屏幕下点击“屏幕切换”按钮可以将系统切换至粘度参数信息置入界面，用户可以通过“位选按钮”和“数字按钮”置入任意的粘度值，精确到小数点后面一位。
如图5和图6所示，通讯系统采用HART通讯，设备可以与上位机进行数据交换，通讯时上位机为主机，涡轮流量积算仪为从机，上位机随时可以读取从机的数据，并且可以由上位机远程置入粘度参数信息。该功能通过DSP的通用串行异步模块UART来完成，当有帧格式对应的数字信号从接收引脚传来后，系统程序就会自动进入通用串行异步模块的服务子程序，把接收到的数据包从缓存中写入存储器中。当所有数据都传输完毕HART总线上不再有频率信号时，A5191芯片载波检测引脚OCD可以给单片机一个脉冲信号，让单片机进入I/O口的中断程序中，执行命令分析程序。在DSP系统中命令分析函数会对接收到的数据包逐个字节进行分析。通讯系统采用HART通讯协议，用户在上位机电脑通过专用软件读取涡轮流量积算仪的流量信息，并且可以在上位机置入粘度参数。这样当现场环境恶劣或者其他原因工程师无法直接操作涡轮流量积算仪时，可以通过远程的上位机完成所有信息的读取和写入
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于DSP的宽粘度变流速鲁棒自适应涡轮流量积算仪，其特征在于：包括智能控制系统、数据显示系统、用户输入系统以及通讯系统；
智能控制系统的使用TMS320F28335作为微控制器，实时采集前端流量传感器输入的脉冲信号，并对其进行运算处理，具体为：涡轮流量计的仪表系数与被测介质的粘度和流速有直接的关联，并通过理论推导得到有如下函数关系
其中K为仪表系数，ν为被测介质粘度，f为涡轮流量传感器转动频率，依据此公式，先以粘度ν为自变量，为因变量，其中为该粘度下的平均仪表系数，拟和函数F；再在确定的粘度点，以频率除以粘度的比值f/ν为自变量，以为因变量拟和函数G；最终修正后的仪表系数K由此两项函数的乘积再开方得到；
得到函数F:
得到函数G:
其中，被测介质粘度ν由用户从涡轮流量积算仪输入，频率信号由涡轮流量积算仪自动测得；
最终进过函数F和函数G计算出仪表系数的平方，该数经过开房后就是当前粘度和流速下对应的仪表系数，当前脉冲频率值除以该仪表系数，就是实际的体积流量值；
数据显示系统用于显示微控制器输出的提及流量值，采用点阵式液晶显示器，132*32的点阵分布；
用户输入系统实现流量数据菜单、被测介质粘度数据置入不同屏幕切换；
通讯系统采用HART通讯，智能控制系统与上位机进行数据交换，通讯时上位机为主机，涡轮流量积算仪为从机，上位机随时可以读取从机的数据，并且可以由上位机远程置入粘度参数信息。
2.根据其权利要求1所述的基于DSP的宽粘度变流速鲁棒自适应涡轮流量积算仪，其特征在于：所述数据显示系统内置有ST7565R控制器。
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