简述新型智能科里奥利质量流量计的软件设计

前语

 

科里奥利质量流量计，是一种运用流体渡过振动的管道时所遭到的得里奥利力与流体质量成正比的原理制成的直接式高精度自动化仪器。它广泛应用于过程工业领域中，如油品、化工、医药，食物等介质的检测，得里奥利质量流量计和其它计量产品比较有三个优点：（a）不需求压力的修改；(b)集检测流量、温度、密度于一体；(c)内部无可动部件，所以即便介质的光滑功用差，读数也不受影响。为了前进科里奥利质量流量计的检测精度，咱们运用PLD器件开发了新一代U形双管式科式质量流量计，对由检测管所取得的两路信号以及温度信号选用计数方法进行处理。这种方法结束的系统与同类产品比较具有体积小、功耗低、功用强、精度高、适应性强等特色，本文首要介绍了这种新式科氏质量流量计的系统结构，软硬件的结束及关键技能和难点。

 

系统原理及结构框图

 

典型的CMF的传感器的首要部分是流量管，驱动线圈探测器和检测温度的热敏电阻。其间流量管有U型，直管型等形状。咱们选用了U型双管式。流量管以固有频率振动，当流体通过固有频率振动的传感器时，就产生了科氏力。坐落流量管的进流侧和出流侧的两个检测器，可检测出两路频率相同，但有相位差的振动信号。其相位差同瞬时流量成正比。当流量增大时，两个检测器的信号时间差（等效于相位差）就增大。振动信号周期与流体密度密切相关，流体密度愈大，振动周期愈大。因而通过对这两路信号的相位差及周期进行处理，可以得到流体的流速及密度。整个运用PLD技能的科理奥利质量流量计系统结构如图1所示。

 

原始的相位差、周期、温度等信号需求通过数字化后才可进行进一步处理。由检测管产生的两路有相位差的正弦信号通过模仿部分的处理生成两路同周期、有相位差的方波信号，连同温度传感器产生的温度信号送至数据采集单元。在这儿，它们被数字化采样，然后进行帧编码再存储于FIFO中。

 

单片机担任对数据进行处理，而PLD模块担任整个系统的同步和各种操控信号的产生。系统检测流量的一同，通过检测振动管的固有频率，核算出管道内流动介质的密度，并闪现。系统选用字符点阵LCD闪现器，用于闪现瞬时流量、介质密度、时间、介质温度等参数。当系统意外掉电时，运用看门狗及时告知单片机，迅速保存系统参数至EEPROM中，以便于下次启动时原本所测历史数据可以被充分运用。系统可以与主机进行串行异步通讯，随时将数据传输给PC主机。

 

软件设计部分

 

系统的软件设计选用模块化结构，由主程序、子程序（含间断效力程序）组成。这儿仅给出软件流程图，如图2所示。

 

其间，系统初始化结束关间断，设置串行通讯波特率，液晶闪现屏清零，并闪现必要的提示用户的字符（如LIULIANG，US等）。针对用户的需求，功用按键往往不止一个，这样，需扩展间断源，在按键中效力程序中，首要判别具体是哪个按键引起的间断，然后进入相应的效力程序。在FIFO间断效力程序中，首要将FIFO中的帧数据取出，然后存储于相应的RAM地址单元。当程序从FIFO间断效力程序中回来后，对帧解码后的数据进行处理，首要包括依照密度公式和流速公式，由相位、周期、温度数据求出流体的密度，和在必定时间段流体的质量。与主机串行通讯部分，其间的通讯波特率，奇偶校验通过Kermite协议结束。传送给PC主机的数据有：系统时间、瞬时流量、密度、温度等参数。在PC主机中，可以运用其强壮的硬件功用和出色的人机界面，进行数据核算处理，并可以存入数据库，进行数据查询和报表打印，系统可以接收主机发来的温度校正参数和其它指令。

 

子程序首要结束辅助的功用，有LCD闪现子程序、二进制到BCD码、BCD到二进制变换子程序、整数平均值核算、浮点数核算、无符号数平均值核算等。

 

关键技能

 

科氏质量流量计的关键技能是：

 

①科氏质量流量计的质量流量检测和密度参数都与流量管的振动有关，所以流量管的任何特性改动，例如因流体温度或环境温度改动而改动流量管资料的杨氏模量和产生零飘，都将影响检测精度。当流体温度产生改动时，进流侧和出流侧的探测器输出的信号频率也产生改动。假如温度升高，将使流量管的振动频率下降。把装在流量管上的热敏电阻检测的温度输入到单片机中，来修改温度改动所形成的影响。

 

具体来说，流量管的振动频率，与管子形状、资料、端面束缚情况有关，一同还与管内介质的密度有关。前期国外的有关厂家选用最小二乘法进行线性拟合得到密度P与振动周期T的数学关系式。

 

其间，p为流体密度，T为流量管的振动周期，K0,K1,K2为标定常数。

 

②别的，在数据闪现部分运算中，因为系统精度的要求，数据闪现要精确到小数点后三位，而浮点数式最终的核算结果是无法直接闪现的，需求将它变换成十进制小数数据。通过三个过程将三字节浮点数变换成紧缩BCD码，首要将浮点数除去符号后的数值部分通过连续的乘10或除10操作（浮点数运算），将浮点数变换到0～65535之间，然后将浮点数变换成双字节无符号数，最终将双字节无符号数变换成十进制数，变换后的三字节紧缩BCD码寄存在单片机连续的地址寄存单元中。乘10或除10的次数可以来判定小数点的位置。数据的正或负在变换开始时可便利的通过检测数符来判定，寄存于位地址中。

 

结束语

 

本仪器具有实时检测流体流速、密度、流量的功用。在其数字部分中，运用了PLD器件，大大前进了系统的集成度，减小了系统硬件体积，下降了系统功耗，也便于仪器的调试以及以后功用的改进。因为集成度的前进，也大大增加了系统的可靠性。

 

不足之处是有必定局限性，不适宜检测小相位差，以及简略受噪声的搅扰。