CN111912469B - 一种lzp流量计及流量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于仪器仪表、计量测量技术领域，尤其涉及一种LZP流量计及流量计算方法。LZP流量计包括置于LZP流量计的测量管路中的磁性浮子；设在测量管路外部的磁性感应传感器，用来测量出浮子位置变化所产生的磁场强度的变化。本发明不仅提高了运算速度和改进了实时跟踪流量的真实值，还提高了LZP流量计的精确度,对采样通道运算放大模块的改进使得LZP流量计的性能都得到了较为显著的提高。本发明计算方法能有效提高流量计的测量精度、稳定性以及运算速度，满足流量计行业所追求产品的高质量、低价格和便捷的维护及服务的要求。本发明算法填补了该项技术的空白，产品具备较好的市场竞争优势和市场应用前景，适宜在行业大力推广和应用。

Description

一种LZP流量计及流量计算方法

技术领域

本发明属于仪器仪表、计量测量技术领域，尤其涉及一种LZP流量计及流量计算方法。

背景技术

LZP流量计的原算法是将采样数据进行补偿后再进行算数平均处理，这样不但计算时间长还会在流量突变时出现显示值大幅度跳动的情况出现，后来改进为采用加权平均的算法进行处理数据，但加权平均也存在乘法运算时间长的问题也不能及时处理流量突变的问题，这样不但影响计算速度即不能实时跟踪流量的真实值还影响LZP流量计的精确度，除了算法存在问题外，硬件在采样通道的运算放大模块也存在不能具有针对性的实时反映流量的真实值的问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷与改进需求，本发明提出了一种LZP流量计及流量计算方法。其目的是为了提高流量计的测量精度、稳定性以及运算速度。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种LZP流量计，包括：

置于LZP流量计的测量管路中的磁性浮子；

设在测量管路外部的磁性感应传感器，用来测量出浮子位置变化所产生的磁场强度的变化。

所述的一种LZP流量计，还包括由磁性感应传感器、信号放大模块及模数转换模块组成的采样通道。

所述磁性感应传感器将测量出浮子位置变化所产生的磁场强度的变化数据以电信号的形式连接到信号放大模块，再由模数转换模块将被放大了的信号转换成数字量传送给中央处理器，经过计算后再传送给显示单元模块将流量值显示出来。

所述信号放大模块包括运算放大器IC，所述运算放大器IC包括电容C和二极管D，其中所述电容C、二极管D、电阻R并联后一端连接运算放大器IC的反向输入端，另一端连接运算放大器IC的正向输入端。

所述二极管D 的负极连接反向输入端，二极管D的正极连接正向输入端。

所述运算放大器IC 的反馈包括：

第一部分：由电容C组成反馈通道A：即将电容C的一端连到运算放大器IC 输出端，电容C的另一端连接到运算放大器IC的反向输入端,当被测介质的流量变化较大时也就是通过放大模块的电流信号变化较大时即大波动状态，根据电容C 的特性电容C对交变信号的容抗为零得知该信号会通过反馈通道A来对信号进行放大处理；

第二部分：由二极管D组成反馈通道B：即二极管D的正极连接到运算放大器IC的输出端，二极管D的负极连接到运算放大器IC的反向输入端；当放大模块电流变化大于0.2V且不是较快变化时即小波动状态，电流信号将通过反馈通道B来进行放大处理；

第三部分：由电阻R3组成反馈通道C：即电阻R的一端连接到运算放大器IC5的输出端，电阻R3的另一端连接到运算放大器IC的反向输入端；通过反馈通道C的电流信号小于0.2V的相对稳定信号即为稳定状态。

一种LZP流量计的流量计算方法，包括以下步骤：

步骤1.按不同的三种通道特性实现对应数据处理模块处理数据；

步骤2.利用数据滚动处理方法实现数据处理和计算；

步骤3.利用累加后余数的处理方法提高计算精度。

所述计算方法包括瞬时流量和累积流量的算法范畴；

所述瞬时流量是指在某一工段内被测介质的实时流量值；

所述累积流量是指在某一工段内瞬时流量的累加值，在该工段内瞬时流量恒定时，在该工段内的累积流量等于瞬时流量乘以工段时长，在该工段内瞬时流量不相等时，在该工段内的各瞬时值累加和即为该工段的累积流量。

所述按不同的三种通道特性实现对应数据处理模块处理数据，包括第一数据处理模块、第二数据处理模块Ⅱ、第三数据处理模块具体实施如下：

（1）在反馈通道A中处理大波动状态时的反馈信号即流量波动较大时的反馈信号，电容C对交变信号的容抗为零,看为是导通状态，反馈通道A的反馈信号用第一数据处理模块进行处理，将采样通道的数据直接送显示模块进行数值显示称为数据直接处理方法；

（2）在反馈通道B中处理小波动状态用第二数据处理模块，即大于0.2V的小波动反馈信号，二极管D的压降为0.2V，反馈通道B中只能通过大于0.2V的小波动反馈信号，第二数据处理模块的具体数据处理是在数据存储区开辟出八个单元的数据存储单元，将该数据存储区记为数组8，将数组8的第2个单元的数据移动到第1个单元，以此类推至将第8个单元的数据移动到第7个单元，最后将从采样通道刚采集到的数据存放到第8个数据存储单元，再将数组8的八个数据的平均值送到显示模块来进行显示；即称为数据滚动处理方法的I级滚动处理方法；

（3）在反馈通道C中处理稳定状态的反馈信号采用第三数据处理模块来进行数据处理，在数据存储区开辟16个单元组成一数组，记为数组16，将采样通道的数据采集后通过数组8求得平均值后，在将数组16的第2单元数据移动到第1单元，以此类推到将第16单元的数据移动到第15单元，再将数组8求得的平均值存放发到数组16的第16单元后求得平均值在送显示模块进行数值显示，称为数据滚动处理方法即II级滚动处理方法。

所述数据滚动处理方法包括：在第一数据处理模块中采用的是数据直接处理方法、在第二数据处理模块中采用的是I级滚动处理方法、在第三数据处理模块中采用的是II级滚动处理方法，在数据存储单元开辟出两个数组空间，一个为数组8,另一个为数组；当反馈通道A工作时,采用数据直接处理方法将数据直接送显示模块来显示该数据，同时将采集的数据发送至数组8中按I级滚动处理方法进行数据处理；当反馈通道B工作时，采用第二数据处理模块来处理数据，即采用数组8进行I级滚动处理方法来处理数据；当反馈通道C工作时，将采集的数据通过第二数据处理模块进行I级滚动处理后，再将求得的平均值通过第三数据处理模块进行II级滚动处理，求出平均值后送显示模块进行数值显示；

所述利用累加后余数的处理方法提高计算精度，是通过实际测试和调整对应不同通道的值，分为三段来处理和计算不同反馈通道所对应的处理方法，即数据直接处理方法、I级滚动处理方法、II级滚动处理方法来进行计算和数据处理；

所述数据处理分为三个数据模块分别计算和处理，通过数据判断模块按三种情况分别把程序跳转到不同的数据处理模块来处理和计算数据。

本发明具有以下优点及有益效果：

本发明算法的特点是：

1.数据处理的计算方法和硬件设备相结合进行具有针对性的计算和处理数据。

2.针对不同的反馈通道进行不同的数据处理和计算。

3.利用位移计算来替代乘法运算，提高运算速度。

4.利用滚动法替代了算数平均算法和加权平均算法，并优化了数据处理程序和减小了计量误差即提高了LZP流量计的精确度。

5.在流量大波动时数据直接显示，更真实快捷。

6.流量不同的情况进行不同的数据处理。

本发明在硬件和软件两个方面都进行了研发改进，不但提高了运算速度和改进了实时跟踪流量的真实值，还提高了LZP流量计的精确度,对采样通道运算放大模块的改进使得这个LZP流量计的性能都得到了提高，精度、稳定性、线性、重复性、回程值、显示的平稳性等等具有较为显著的改进和提高。

本发明计算方法，通过对应硬件的三种特性的运算放大器的反馈通道来实现三种处理方法，并采用滚动方法来处理数据，软件和硬件对应配合，有效提高流量计的测量精度、稳定性以及运算速度，具有较好的市场应用前景，满足流量计行业所追求产品的高质量、低价格和便捷的维护及服务的要求。并且本发明算法是在LZP流量计中尚未采用过的一种创新性算法，填补了该项技术的空白。本发明产品具备很强的市场竞争优势，适宜在行业大力推广和应用。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明LZP流量计采样通道的信号处理电路部分的结构示意图。

图中：

1：电容C，2：二极管D，3：电阻R,4：反向输入端，5：运算放大器IC，6：正向输入端，7：输出端。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1描述本发明一些实施例的技术方案。

实施例1

本发明LZP流量计是基于现有LZP流量计进行的技术改进，LZP流量计是在测量管路中放置一磁性浮子，该浮子是随被测量介质的不同流量的变化而上下移动变化，在测量管路的外面安装一磁性感应传感器来测量出浮子位置变化所产生的磁场强度的变化并以电信号的形式连接到信号放大模块在由模数转换模块将这一被放大了的信号转换成数字量送给中央处理器来计算后再送给显示单元模块将流量值显示出来，采样通道是由磁性感应传感器、信号放大模块、模数转换模块组成，信号放大模块原电路是由运算放大器IC5及电阻R（记为：反馈通道C）3组成，电阻R3的一端连接运算放大器IC5的输出端 7，电阻R3的另一端连接运算放大器IC5的反向输入端4，这样连接即为反馈通道C,电阻R3的作用是将运算放大器IC5的小信号输入放大后送到输出端7进行出去到数模转换模块，电阻R3的阻值决定了信号的放大倍数。

本发明改进了信号放大模块中运算放大器IC5反馈通道的通道数即增加了电容C（记为：反馈通道A）1和二极管D（记为：反馈通道B）2，将电容C1、二极管D2、电阻R3并联后一端连接运算放大器IC5的反向输入端 4，（其中二极管D 2的负极连接反向输入端4），另一端连接运算放大器IC5的正向输入端6（其中二极管D2的正极连接正向输入端6）。

所述运算放大器IC5的反馈分为三部分来组成：

第一部分：由电容C 1组成反馈通道A：即将电容C1的一端连到运算放大器IC5输出端7，电容C1的另一端连接到运算放大器IC 5的反向输入端4,当被测介质的流量变化较大时也就是通过放大模块的电流信号变化较大时即大波动状态，根据电容C1 的特性电容C1对交变信号的容抗为零得知该信号会通过反馈通道A来对信号进行放大处理。

第二部分：由二极管D2组成反馈通道B：即二极管D 2的正极连接到运算放大器IC5的输出端7，二极管D2的负极连接到运算放大器IC5的反向输入端4。根据二极管D 2正向压降为0.2V的特性可知当放大模块电流变化大于0.2V且不是较快变化时即小波动状态，电流信号将通过反馈通道B来进行放大处理。

第三部分：由电阻R3组成反馈通道C：即电阻R3的一端连接到运算放大器IC5的输出端7，电阻R3的另一端连接到运算放大器IC5的反向输入端4。此时通过该反馈通道C的电流信号是小于0.2V的相对稳定信号即为稳定状态。

虽然电容C1、二极管D2、电阻R 3是并联后分别连接到放大器IC5的反向输入端4和输出端7中所起到的作用也都是对信号进行放大作用，但本发明通过增加反馈通道A和反馈通道B后将把被检测介质的状态分为大波动状态、小波动状态和稳定状态分不同反馈通道来处理不但提高了运算速度和测量精度还改善了原有的数据跳动显示等缺点和不足。

实施例2

本发明一种LZP流量计的流量计算方法，通过结合硬件的运算放大器不同的反馈通道进行有区别的数据处理和运算，以提高流量计的计量精度和提高流量计的稳定性，还能提高流量计的运算速度，其算法和硬件相结合完成高精确度计量计算和数据处理。

本发明包括：瞬时流量和累积流量的算法范畴。

所述瞬时流量是指在某一工段内被测介质的实时流量值，列如在一分钟内测得流量值为100升，瞬时流量即为100L/min.

所述累积流量是指在某一工段内瞬时流量的累加值，在该工段内瞬时流量恒定时，在该工段内的累积流量等于瞬时流量乘以工段时长，在该工段内瞬时流量不相等时，在该工段内的各瞬时值累加和即为该工段的累积流量，列如在一小时内瞬时流量恒定为100L/min,累积流量就等于100L/minX60min=6000L,即在一小时内的累积流量为6000升。

本发明是在采样通道中的运算放大器IC5的反馈通道中对应有三种反馈通道形式分别来进行处理的，即电容C1组成的反馈通道A,二极管D 2组成的反馈通道B，电阻R3组成的反馈通道C。

一种LZP流量计的流量计算方法，包括以下步骤：

步骤1.按不同的三种通道特性实现对应软件处理数据分为：第一数据处理模块、第二数据处理模块Ⅱ、第三数据处理模块具体实施如下：

（1）在反馈通道A中处理的是大波动状态时的反馈信号即流量波动较大时的反馈信号，由于电容C1对交变信号的容抗为零可以看为是导通状态，因此反馈通道A的反馈信号就可以用第一数据处理模块进行处理，第一数据处理模块具体实施为：将采样通道的数据不做任何处理直接送显示模块进行数值显示。这样处理的数据与真实流量值的跟随性很好，避免了显示值较大跳跃的现象发生，这种数据处理方法称为数据直接处理方法。

（2）在反馈通道B中处理小波动状态是用第二数据处理模块来处理数据的，即是大于0.2V的小波动反馈信号，由于二极管D 2的压降为0.2V，因此反馈通道B中只能通过大于0.2V的小波动反馈信号，第二数据处理模块的具体数据处理是这样实施的：在数据存储区开辟出八个单元的数据存储单元，将该数据存储区记为数组8，将数组8的第2个单元的数据移动到第1个单元，以此类推至将第8个单元的数据移动到第7个单元，最后将从采样通道刚采集到的数据存放到第8个数据存储单元，再将数组8的八个数据的平均值送到显示模块来进行显示。这样处理数据就改进了原来采集八次数据在求平均值的处理方法，既提高了运算速度有提高了计算精度。这种数据的处理方法即称为数据滚动处理方法（I级滚动处理方法）。

（3）在反馈通道C中处理的是稳定状态的反馈信号，由于稳定状态的反馈信号交变量很小而反馈通道A的容抗很大，所以不能通过反馈通道A,又由于稳定状态的反馈信号幅值小于0.2V所以也不能通过反馈通道B,在稳定状态下反馈信号只能通过电阻R 3所组成的反馈通道C,因此该反馈通道的数据处理是采用第三数据处理模块来进行数据处理的，其具体实施方法为：在数据存储区开辟16个单元组成一数组，记为数组16，将采样通道的数据采集后通过数组8求得平均值后，在将数组16的第2单元数据移动到第1单元，以此类推到将第16单元的数据移动到第15单元，再将数组8求得的平均值存放发到数组16的第16单元后求得平均值在送显示模块进行数值显示。这种数据的处理方法即称为数据滚动处理方法（II级滚动处理方法）。

步骤2.利用数据滚动处理方法实现数据处理和计算。

所述数据处理方法包括：在第一数据处理模块中采用的是数据直接处理方法、在第二数据处理模块中采用的是I级滚动处理方法、在第三数据处理模块中采用的是II级滚动处理方法，在数据存储单元开辟出两个数组空间，一个为数组8,另一个为数组16，在反馈通道A工作时,采用的是数据直接处理方法将数据直接送显示模块来显示该数据，同时将采集的数据发送至数组8中按I级滚动处理方法进行数据处理，只不过是该数据处理后不送显示模块而做数据平滑处理用，避免进入下一个反馈通道时数据发生跳跃现象。在反馈通道B工作时，采用第二数据处理模块来处理数据，即采用数组8进行I级滚动处理方法来处理数据，这样处理数据是原来数据处理速度的8倍，既提高了数据处理速度又提高了稳定性和计算精确度。在反馈通道C工作时，将采集的数据通过第二数据处理模块进行I级滚动处理后，再将求得的平均值通过第三数据处理模块进行II级滚动处理，再求出平均值后送显示模块来进行数值显示。

这样不但使得计算的精度得到了提高而且在显示时也避免了跨越跳数的现象发生，即满足大波动的快速数据处理和显示也满足稳态时的数据处理的精确度和稳定性。

步骤3.利用累加后余数的处理方法提高计算精度。

通过实际测试和调整对应不同通道的值，如电容C1的值、电阻R3的值选定为三段，即两点作为计算切换点，数组8、数组16两点取值为，数组8点取值10，数组16点取值为100，这样就可以分为三段来处理和计算不同反馈通道即反馈通道A、反馈通道B、反馈通道C所对应的处理方法即数据直接处理方法、I级滚动处理方法、II级滚动处理方法来进行计算和数据处理了。

数据处理也同样分为三个数据模块即数据处理模块A、数据处理模块B、数据处理模块C来分别计算和处理，即按切换点数组8、数组16来处理，具体要通过数据判断模块按三种情况分别把程序跳转到不同的数据处理模块来处理和计算数据。

最后得到的数据通过实际验证在精确度和稳定性及处理速度上都得到了很好的提高和改善。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语 “连接”、“固定”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种LZP流量计，其特征是：包括：

置于LZP流量计的测量管路中的磁性浮子；

设在测量管路外部的磁性感应传感器，用来测量出浮子位置变化所产生的磁场强度的变化；

还包括由磁性感应传感器、信号放大模块及模数转换模块组成的采样通道；

所述磁性感应传感器，将测量出浮子位置变化所产生的磁场强度的变化数据以电信号的形式连接到信号放大模块，再由模数转换模块将被放大了的信号转换成数字量传送给中央处理器，经过计算后再传送给显示单元模块将流量值显示出来；

所述信号放大模块包括运算放大器IC，所述运算放大器IC 的反馈包括电容C、二极管D和电阻R，其中所述电容C、二极管D、电阻R 并联后一端连接运算放大器IC的反向输入端，另一端连接运算放大器IC的输出端；

所述运算放大器IC 的反馈包括：第一部分：由电容C组成反馈通道A：即将电容C的一端连到运算放大器IC 输出端，电容C的另一端连接到运算放大器IC的反向输入端,当被测介质的流量变化较大时也就是通过放大模块的电流信号变化较大时即大波动状态，根据电容C的特性电容C对交变信号的容抗为零得知该信号会通过反馈通道A来对信号进行放大处理；第二部分：由二极管D组成反馈通道B：即二极管D的正极连接到运算放大器IC的输出端，二极管D的负极连接到运算放大器IC的反向输入端；当放大模块电流变化大于0.2V且不是较快变化时即小波动状态，电流信号将通过反馈通道B来进行放大处理；第三部分：由电阻R组成反馈通道C：即电阻R的一端连接到运算放大器IC的输出端，电阻R的另一端连接到运算放大器IC的反向输入端；通过反馈通道C的电流信号小于0.2V的相对稳定信号即为稳定状态；

其中，所述LZP流量计的流量计算方法，包括以下步骤：

步骤1.按不同的三种通道特性实现对应数据处理模块处理数据，包括第一数据处理模块、第二数据处理模块、第三数据处理模块，具体实施如下：

（1）在反馈通道A中处理大波动状态时的反馈信号即流量波动较大时的反馈信号，电容C对交变信号的容抗为零,看为是导通状态，反馈通道A的反馈信号用第一数据处理模块进行处理，将采样通道的数据直接送显示模块进行数值显示称为数据直接处理方法；

（2）在反馈通道B中处理小波动状态用第二数据处理模块，即大于0.2V的小波动反馈信号，二极管D的压降为0.2V，反馈通道B中只能通过大于0.2V的小波动反馈信号，第二数据处理模块的具体数据处理是在数据存储区开辟出八个单元的数据存储单元，将该数据存储区记为数组8，将数组8的第2个单元的数据移动到第1个单元，以此类推至将第8个单元的数据移动到第7个单元，最后将从采样通道刚采集到的数据存放到第8个数据存储单元，再将数组8的八个数据的平均值送到显示模块来进行显示；即称为数据滚动处理方法的I级滚动处理方法；

（3）在反馈通道C中处理稳定状态的反馈信号采用第三数据处理模块来进行数据处理，在数据存储区开辟16个单元组成一数组，记为数组16，将采样通道的数据采集后通过数组8求得平均值后，再将数组16的第2单元数据移动到第1单元，以此类推到将第16单元的数据移动到第15单元，再将数组8求得的平均值存放到数组16的第16单元后求得平均值再送显示模块进行数值显示，称为数据滚动处理方法即II级滚动处理方法；

步骤2.利用数据滚动处理方法实现数据处理和计算；所述数据滚动处理方法包括：在第一数据处理模块中采用的是数据直接处理方法、在第二数据处理模块中采用的是I级滚动处理方法、在第三数据处理模块中采用的是II级滚动处理方法，在数据存储单元开辟出两个数组空间，一个为数组8,另一个为数组16；当反馈通道A工作时,采用数据直接处理方法将数据直接送显示模块来显示该数据，同时将采集的数据发送至数组8中按I级滚动处理方法进行数据处理；当反馈通道B工作时，采用第二数据处理模块来处理数据，即采用数组8进行I级滚动处理方法来处理数据；当反馈通道C工作时，将采集的数据通过第二数据处理模块进行I级滚动处理后，再将求得的平均值通过第三数据处理模块进行II级滚动处理，求出平均值后送显示模块进行数值显示；

步骤3.利用累加后余数的处理方法提高计算精度，是通过实际测试和调整对应不同通道的值，分为三段来处理和计算不同反馈通道所对应的处理方法，即数据直接处理方法、I级滚动处理方法、II级滚动处理方法来进行计算和数据处理；

所述数据处理分为三个数据模块分别计算和处理，通过数据判断模块按三种情况分别把程序跳转到不同的数据处理模块来处理和计算数据；

所述计算方法包括瞬时流量和累积流量的算法范畴；所述瞬时流量是指在某一工段内被测介质的实时流量值；所述累积流量是指在某一工段内瞬时流量的累加值，在该工段内瞬时流量恒定时，在该工段内的累积流量等于瞬时流量乘以工段时长，在该工段内瞬时流量不相等时，在该工段内的各瞬时值累加和即为该工段的累积流量。

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