CN2615642Y - 差压量程自适应型差压式流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种差压量程自适应型差压式流量计，它包括安装在被测管道上的节流装置、连接管路、信号处理芯片、微处理器、液晶显示片，它还包括差压传感器，差压传感器采集反映流量大小的差压信号并以电信号的形式输送到信号处理芯片内；信号处理芯片在微处理器的控制下，对差压传感器的输出信号进行一定倍数的放大或减小处理后再以数字方式传送给微处理器。它能根据被测流量的大小自动选择最佳的差压量程范围，保证仪表工作在最佳量程范围内；解决了测量范围窄的问题，其测量范围可达20∶1；测量精度高，可达到±1.0％FS。

Description

差压量程自适应型差压式流量计

技术领域  本实用新型涉及一种差压式流量计，尤其是一种差压量程自适应型差压式流量计。

背景技术  差压式流量计是应用最普遍的一种流量计量装置，通常由节流装置、差压变送器和二次计算显示仪表配套而成。全部单相流体，包括液、气、蒸汽皆可测量；部分混相流体，如气固、气液、液固等亦可应用。该种流量装置已形成专业化规模生产，各配套部件之间的结合非常灵活方便。但该种装置也存在如下缺点：①测量的重复性、精确度很难再提高；②测量范围窄，由于仪表信号(差压)与流量为平方关系，一般量程范围度仅为3∶1-4∶1；③当差压变送器工作在差压量程低端时(被测流量小于最大流量的30％)，或当差压变送器工作在差压量程高端时(被测流量大于最大流量的90％)由差压变送器的基本误差引起的流量误差成倍增加，误差较大。

发明内容  本实用新型为了克服以上现有技术中的差压式流量计的不足，提供一种能根据被测流量的大小对差压传感器输出信号自动进行放大或缩小的差压量程自适应型差压式流量计。

本实用新型的技术方案为：一种差压量程自适应型差压式流量计，它包括安装在被测管道上的节流装置、连接管路、信号处理芯片、微处理器、液晶显示片，它还包括差压传感器，该差压传感器采集反映流量大小的差压信号并转换为电信号，且将该电信号输送到信号处理芯片内；信号处理芯片在微处理器的控制下，对差压传感器的输出信号进行一定倍数的放大或减小处理后再以数字方式传送给微处理器；

所述信号处理芯片内部集成了程控放大倍数的运算放大器、内嵌A/D转换器、内嵌CPU、I/O接口、内嵌基准电压发生器。

本实用新型的流量计，由于不使用差压变送器且具有差压量程自适应型功能，故可根据被测流量的大小自动选择最佳的差压量程范围，保证仪表工作在最佳量程范围内；解决了测量范围窄的问题，其测量范围可达20∶1；测量精度高，可达到±1.0％FS。

附图说明  下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型流量计装配简图。

图2是本实用新型电路组成结构图。

图3是本实用新型微处理器程序框图。

具体实施方式  (参见图1)，1为节流装置，采用现有技术中的节流件；节流装置1安装在被测管道上，管道中流体流经节流装置1时被节流，会产生流量变化。2为连接管路，它将流经节流装置1的流体的前、后端的相关压力差引入差压传感器3，4为信号处理芯片，5为微处理器，6为液晶显示片。在被测管道上还安装有检测流体温度等的常规传感器，以便检测管道内的温度t等参数，这些参数要转换成相应的电信号传输入微处理器内，这一点作为现有技术，不作进一步描述。差压传感器3将检测到的流量变化(以压力差ΔP来衡量)参数转换成相应的电信号输入信号处理芯片4内，信号处理芯片4对该电信号进行处理后再输入微处理器5。微处理器5依据接收到的电信号大小和存贮在其内部的数据表格经计算后决定控制算法。

(参见图2)，本实用新型的电路组成结构图如下，3为差压传感器，4为信号处理芯片，41为内嵌CPU，42为通用I/O接口，43为内嵌程控放大倍数的运算放大器，44为内嵌24位A/D转换器，45为内嵌基准电压发生器，5为微处理器，6为液晶显示片。差压传感器3将采集到的反映流量大小的差压信号转换为毫伏级的电信号，并将该电信号输送到信号处理芯片4内的信号调理电路处理。信号处理芯片4的主要任务是在微处理器5的控制下，对差压传感器3的输出信号进行一定放大倍数的放大或减小处理后再以数字方式传送给微处理器5。微处理器5的功能为计算、控制、显示(将测量结果输入液晶显示片内)，它依据接收到的信号处理芯片4的A/D采样值大小和存贮在其内部的数据表格经过计算后决定控制算法，并依据发出的程控放大倍数来确定当前差压的量程范围。当差压量程在最佳量程(30％～90％)范围内时，它就执行正常的采样、计算、显示、存贮数据等工作。当差压量程不在最佳量程范围内时，发出指令及时进行调整以达到差压量程自适应的目的。

(参见图3)，微处理的工作程序为：1.初始化处理2.选择最大差压传感器量程；3.采样处理；4.判断采样差压值是否在最佳量程30％～90％范围之内；该判断结果应是以下两种情况：

A.若在范围之内，则继续下述步骤：5.将原量程范围置入；6.计算显示处理；7.周期定时到否；如未到，则等待；如到了，则返回到前述第3步，继续下一计量周期。

B.若不在范围之内，则继续下述步骤：8.将差压传感器输出信号放大或减小一定倍数；9.将差压传感器输出信号对应的量程范围定义为差压量程上限范围；10.将放大或减小一定倍数后的A/D采样值定义为新量程的A/D采样值；11.将新的差压量程范围和对应的A/D采样值存入内存单元；12.返回到前述第3步，继续下一计量周期。

下面以差压传感器量程0-50kpa，输出信号0-800mv的样机为例，说明差压量程自适应型差压式流量计的工作原理。

差压传感器：800mv÷50000pa＝16μv/pa，即差压传感器每1pa差压信号能产生16μv的电信号输出。

信号处理芯片：程控运算放大器的放大倍数为1-128倍，由微处理器发出的指令控制放大或减小；24位A/D转换精度，A/D转换基准电压Vref由片内自己提供的2.5V。

第一步：流量计通电开始工作，微处理器完成初始化设置后向信号处理芯片发出程控运算放大器放大倍数为1倍(无放大)和开始采样的指令。

第二步：信号处理芯片开始采样。流体流过节流元件产生的代表流量大小的差压信号传递到差压传感器上。这个差压信号被差压传感器转变成毫伏级电信号(0-800mv)后，再进入程控运算放大器的输入端，经微处理器发出的指令程控放大倍数为1(无放大)后再进入到A/D转换器进行模拟量到数字量的转换。转换结果以两线数字通讯方式传送给微处理器进行处理。到目前，微处理器就收到了第一次采样的电压值。

第三步：微处理器将本次采样得到的差压传感器输出电压值转换成毫伏电压值后，依据0-800mv代表0-50kpa算出本次采样电压值实际代表的差压值。

第四步：将算出的本次采样的差压值与50kpa上限量程进行比较，看是否在30％～90％的范围内。如果不在范围内，转到第五步。如果在范围内，就进行正常的其它采样(温度、压力等)计算出流量并显示后，返回上述第二步进入下一周期的采样计算。

第五步：不在50kpa差压上限量程30％～90％的范围内有以下两种情况：

第一种大于90％(采样值大于720mv)，第二种小于30％(采样值小于240mv)；第一种情况大于90％时在程控放大倍数为1的情况下已无法改变量程，属于超出差压传感器量程的使用。这种情况只能在设计节流元件时避免。

第二种小于30％的情况，我们假设采样值为220mv。此时微处理器以2500mv除以220mv，等于11.3636。为留有一定的量程回差，微处理器发出放大8倍的指令给信号处理器后，将差压传感器输出信号放大8倍后再进行A/D转换采样，并将放大8倍后的信号值220mv×8＝1760mv作为下次采样计算的差压量程上限220mv÷800mv×50000pa＝13750pa对应的A/D采样值。也就是说下一次采样开始0-1760mv采样值代表的是0-13.75kpa的差压量程。

再返回到第二步进入到下一周期的采样计算。因为现有的放大倍数是8倍，大于1，故在下一周期的采样计算中很有可能遇到大于现有差压量程90％的情况，即采样差压值大于13750pa×90％＝12375pa的情况时，可将放大倍数降低，重新设定一个差压上限，以解决差压大于12375pa的情况。

当差压小于50kpa的5％时，假定为2kpa，差压传感器输出32mv，2500÷32＝78。微处理器发出放大64倍的指令给信号处理器后，将差压传感器输出信号放大64倍后再进行A/D转换采样，并将32mv×64＝2048mv作为下次采样计算的差压量程上限32mv÷800mv×50000pa＝2000pa所对应的A/D采样值。微处理器同时认定从下一次采样开始0-2048mv采样值代表的是0-2kpa的差压量程，而不再是0-800mv所代表的0-50kpa的差压量程。

Claims (2)

1.一种差压量程自适应型差压式流量计，它包括安装在被测管道上的节流装置、连接管路、信号处理芯片、微处理器、液晶显示片，其特征在于：它还包括差压传感器(3)，差压传感器(3)采集反映流量大小的差压信号并转换为电信号，且将该电信号输送到信号处理芯片(4)内；信号处理芯片(4)在微处理器(5)的控制下，对差压传感器(2)的输出信号进行一定倍数的放大或减小处理后再以数字方式传送给微处理器(5)。

2.根据权利要求1所述的差压式流量计，其特征在于：所述信号处理芯片(4)内部集成了运算放大器(43)、内嵌A/D转换器(44)、内嵌CPU(41)、I/O接口(42)、内嵌基准电压发生器(45)。

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