CN116642544A - 高精度平衡流量计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度平衡流量计，包括传感器、信号调理器和微处理器，所述信号调理器包括噪声抑制模块和增益稳定调理模块，其中，所述噪声抑制模块包括滤波组件和差分放大电路，所述增益稳定调理模块设置在所述噪声抑制模块与所述微处理器之间，包括双路增益调节组件和稳幅调节组件，本发明通过信号调理器来对平衡流量计的传感器检测信号进行处理，利用噪声抑制模块来对测量系统中的噪声源进行有效抑制，改善检测信号精度，提升平衡流量计的抗干扰性能；并利用增益稳定调理模块来改善检测信号处理时的波形输出与幅值线性度，有效防止检测信号产生失真，避免产生增益误差，从而极大地提升了平衡流量计的测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及流量测控电表技术领域，特别是涉及一种高精度平衡流量计。
背景技术
平衡流量计是石油、化工、冶金、电力、供热、供水等领域测量气体、蒸汽、液体和水流量的主要手段。其工作原理是与其他差压式流量计一样，都是在密封管道中的能量转换原理。在理想的流体情况下管道中的流量与差压平方根成其正比，用测出差压值根据伯努利方程就可计算出管道中的流量。在平衡流量计的测量系统中，造成流场不平衡、构成测量误差的因素有很多，例如申请号为201610133671.4的发明专利公开了一种基于平衡流量计的活塞漏气量测量系统，该流量计通过在气流管道中设置取压单元来获取平衡流量计两侧气流管道内的压力，进而对压力差进行处理，降低系统误差；再比如，申请号为202020844307.0的实用新型专利公开了一种自带温压补偿的平衡流量计，测量流体时，温度传感器，差压及压力传感器的一体化设计，使其计量更精准。
虽然上述技术方案都对平衡流量计的结构部分进行了优化，并加入了信号处理方案，但在整个测量系统中存在的噪声源因素有很多，例如平衡流量计安装环境中可能存在的较大的电场和磁场干扰，或者电源中的高次谐波都会对平衡流量计的检测元件信号产生影响，虽然现有的平衡流量计也采用屏蔽层对抗干扰，但在实际使用中，其抗干扰能力无法达到理想值，尤其在传感器信号处理过程中，信号放大器受到外部干扰导致其自身噪声抑制能力较弱，电路增益误差较大，影响平衡流量计的测量精度。
所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供高精度平衡流量计。
其解决的技术方案是：高精度平衡流量计，包括传感器、信号调理器和微处理器，所述信号调理器包括噪声抑制模块和增益稳定调理模块，其中，所述噪声抑制模块包括滤波组件和差分放大电路，所述滤波组件用于对所述传感器检测信号中的噪声源进行抑制处理，然后再将滤波后的检测信号送入所述差分放大电路中进行增强处理；
所述增益稳定调理模块设置在所述噪声抑制模块与所述微处理器之间，包括双路增益调节组件和稳幅调节组件，所述双路增益调节组件用于对所述差分放大电路的输出信号进行运放补偿调节，然后将调节后的信号送入所述稳幅调节组件中作幅值稳定处理，最后再将处理后的检测信号送入所述微处理器中。
优选的，所述滤波组件包括运放器U1，运放器U1的同相输入端通过电阻R2连接电容C1和电阻R1的一端，电容C1的另一端连接所述传感器，电阻R1的另一端通过电容C2连接运放器U1的输出端和MOS管Q1的漏极，运放器U1的反相输入端通过电感L1连接电阻R3、R4和电容C3的一端，电阻R4的另一端通过电容C4接地，电阻R3和电容C3的另一端连接MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的源极通过电阻R5接地。
优选的，所述差分放大电路包括运放器U2，运放器U2的反相输入端通过电阻R6连接运放器U1的输出端，运放器U2的同相输入端连接MOS管Q1的源极，运放器U2的反相输入端与输出端之间还设置有电容C5。
优选的，所述双路增益调节组件包括运放器U3和运放器U4，运放器U3的反相输入端连接运放器U2的输出端，并通过电阻R7接地，运放器U3的同相输入端通过电阻R10连接运放器U4的同相输入端，运放器U4的同相输入端还通过并联的电容C8与变阻器RP1接地，运放器U3的输出端连接电阻R8和电阻R9的一端，电阻R9的另一端通过电容C6连接电阻R9的另一端和运放器U3的反相输入端，运放器U4的反相输入端连接电容C7和电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接稳压二极管DZ1的阴极，并通过电阻R12连接运放器U4的输出端和电容C7的另一端，稳压二极管DZ1的阳极接地。
优选的，所述稳幅调节组件包括三极管VT1，三极管VT1的发射极连接运放器U3的输出端，三极管VT1的基极连接稳压二极管DZ1的阴极，三极管VT1的集电极通过二极管D1连接电阻R13、电容C9的一端和所述微处理器，电阻R13与电容C9的另一端并联接地。
优选的，所述微处理器选用为C8051F350单片机。
通过以上技术方案，本发明的有益效果为:
1.本发明通过信号调理器来对平衡流量计的传感器检测信号进行处理，利用噪声抑制模块来对测量系统中的噪声源进行有效抑制，改善检测信号精度，提升平衡流量计的抗干扰性能；
2.利用增益稳定调理模块来改善检测信号处理时的波形输出与幅值线性度，有效防止检测信号产生失真，避免产生增益误差，从而极大地提升了平衡流量计的测量精度。
附图说明
图1为本发明信号调理器的噪声抑制模块电路原理图。
图2为本发明信号调理器的增益稳定调理模块电路原理图。。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图2对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。
高精度平衡流量计，包括传感器、信号调理器和微处理器，其中，信号调理器包括噪声抑制模块和增益稳定调理模块，噪声抑制模块包括滤波组件和差分放大电路，所述滤波组件用于对所述传感器检测信号中的噪声源进行抑制处理，然后再将滤波后的检测信号送入所述差分放大电路中进行增强处理；
增益稳定调理模块设置在所述噪声抑制模块与所述微处理器之间，包括双路增益调节组件和稳幅调节组件，所述双路增益调节组件用于对所述差分放大电路的输出信号进行运放补偿调节，然后将调节后的信号送入所述稳幅调节组件中作幅值稳定处理，最后再将处理后的检测信号送入所述微处理器中。
传感器作为平衡流量计中的检测元件用于对管道内的介质流量进行检测，并转换为电信号送入信号调理器中进行处理；首先，噪声抑制模块采用滤波组件和差分放大电路来依次对传感器检测信号进行调理，如图1所示，滤波组件包括运放器U1，运放器U1的同相输入端通过电阻R2连接电容C1和电阻R1的一端，电容C1的另一端连接所述传感器，电阻R1的另一端通过电容C2连接运放器U1的输出端和MOS管Q1的漏极，运放器U1的反相输入端通过电感L1连接电阻R3、R4和电容C3的一端，电阻R4的另一端通过电容C4接地，电阻R3和电容C3的另一端连接MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的源极通过电阻R5接地；
滤波组件中运放器U1与其同相输入端的阻容原件构成带通滤波器，利用带通滤波原理来对传感器的检测信号进行选频滤波处理，用于滤除高次谐波及其它外部高频噪声具有很好的作用；同时，运放器U1与MOS管Q1组成跟随放大器，对检测信号放大具有很好地幅值特性，为了进一步消除干扰噪声影响，在跟随放大器中加入由电感L1、电阻R3、R4与电容C3、C4组成的陷波网络，利用陷波原理来对检测信号中夹杂的特定噪声进行有效抑制，进一步提升检测信号精度，提升平衡流量计的抗干扰性能；
差分放大电路包括运放器U2，运放器U2的反相输入端通过电阻R6连接运放器U1的输出端，运放器U2的同相输入端连接MOS管Q1的源极，运放器U2的反相输入端与输出端之间还设置有电容C5；其中，运放器U2利用差分放大原理来对跟随放大器两端的输出信号进行增强，对微小流量检测信号具有很好的共模抑制作用，消除干扰信号，实现对检测信号的精准放大。
为了避免传感器检测信号失真、产生增益误差，设置增益稳定调理模块对运放器U2的输出信号进一步处理；如图2所示，双路增益调节组件包括运放器U3和运放器U4，运放器U3的反相输入端连接运放器U2的输出端，并通过电阻R7接地，运放器U3的同相输入端通过电阻R10连接运放器U4的同相输入端，运放器U4的同相输入端还通过并联的电容C8与变阻器RP1接地，运放器U3的输出端连接电阻R8和电阻R9的一端，电阻R9的另一端通过电容C6连接电阻R9的另一端和运放器U3的反相输入端，运放器U4的反相输入端连接电容C7和电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接稳压二极管DZ1的阴极，并通过电阻R12连接运放器U4的输出端和电容C7的另一端，稳压二极管DZ1的阳极接地；
稳幅调节组件包括三极管VT1，三极管VT1的发射极连接运放器U3的输出端，三极管VT1的基极连接稳压二极管DZ1的阴极，三极管VT1的集电极通过二极管D1连接电阻R13、电容C9的一端和所述微处理器，电阻R13与电容C9的另一端并联接地。
在增益稳定调理模块的信号调理过程中，双路增益调节组件采用运放器U3、U4构成差动放大电路，并分别在运放器U3、U4的负反馈端加入相位补偿调节，利用差动放大电路原理能有效地减小由于电源波动引起的零点漂移，同时采用相位补偿原理可明显改善输出信号波形，防止检测信号产生失真，并采用电容C8在差动放大电路工作中起到热噪声消除的作用；然后，稳幅调节组件采用三极管VT1作为调节管来对双路增益调节组件的输出信号幅值进行处理，利用稳压二极管DZ1的稳幅作用使三极管VT1的基极导通电压得到稳定，从而保证三极管VT1集电极输出信号幅值具有很好地稳定性，然后再通过二极管D1与电容C9整形后送入微处理器中；其中，微处理器选用为C8051F350单片机，C8051F350单片机将流量检测信号处理并输出至用户端。
综上所述，本发明通过信号调理器来对平衡流量计的传感器检测信号进行处理，利用噪声抑制模块来对测量系统中的噪声源进行有效抑制，改善检测信号精度，提升平衡流量计的抗干扰性能；并利用增益稳定调理模块来改善检测信号处理时的波形输出与幅值线性度，有效防止检测信号产生失真，避免产生增益误差，从而极大地提升了平衡流量计的测量精度。
以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。
Claims (6)
1.高精度平衡流量计，包括传感器、信号调理器和微处理器，其特征在于：所述信号调理器包括噪声抑制模块和增益稳定调理模块，其中，
所述噪声抑制模块包括滤波组件和差分放大电路，所述滤波组件用于对所述传感器检测信号中的噪声源进行抑制处理，然后再将滤波后的检测信号送入所述差分放大电路中进行增强处理；
所述增益稳定调理模块设置在所述噪声抑制模块与所述微处理器之间，包括双路增益调节组件和稳幅调节组件，所述双路增益调节组件用于对所述差分放大电路的输出信号进行运放补偿调节，然后将调节后的信号送入所述稳幅调节组件中作幅值稳定处理，最后再将处理后的检测信号送入所述微处理器中。
2.根据权利要求1所述高精度平衡流量计，其特征在于：所述滤波组件包括运放器U1，运放器U1的同相输入端通过电阻R2连接电容C1和电阻R1的一端，电容C1的另一端连接所述传感器，电阻R1的另一端通过电容C2连接运放器U1的输出端和MOS管Q1的漏极，运放器U1的反相输入端通过电感L1连接电阻R3、R4和电容C3的一端，电阻R4的另一端通过电容C4接地，电阻R3和电容C3的另一端连接MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的源极通过电阻R5接地。
3.根据权利要求2所述高精度平衡流量计，其特征在于：所述差分放大电路包括运放器U2，运放器U2的反相输入端通过电阻R6连接运放器U1的输出端，运放器U2的同相输入端连接MOS管Q1的源极，运放器U2的反相输入端与输出端之间还设置有电容C5。
4.根据权利要求3所述高精度平衡流量计，其特征在于：所述双路增益调节组件包括运放器U3和运放器U4，运放器U3的反相输入端连接运放器U2的输出端，并通过电阻R7接地，运放器U3的同相输入端通过电阻R10连接运放器U4的同相输入端，运放器U4的同相输入端还通过并联的电容C8与变阻器RP1接地，运放器U3的输出端连接电阻R8和电阻R9的一端，电阻R9的另一端通过电容C6连接电阻R9的另一端和运放器U3的反相输入端，运放器U4的反相输入端连接电容C7和电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接稳压二极管DZ1的阴极，并通过电阻R12连接运放器U4的输出端和电容C7的另一端，稳压二极管DZ1的阳极接地。
5.根据权利要求4所述高精度平衡流量计，其特征在于：所述稳幅调节组件包括三极管VT1，三极管VT1的发射极连接运放器U3的输出端，三极管VT1的基极连接稳压二极管DZ1的阴极，三极管VT1的集电极通过二极管D1连接电阻R13、电容C9的一端和所述微处理器，电阻R13与电容C9的另一端并联接地。
6.根据权利要求5所述高精度平衡流量计，其特征在于：所述微处理器选用为C8051F350单片机。
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