摘  要：設(shè)計(jì)了一種電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器的校驗(yàn)器，能直接利用電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器輸出的勵(lì)磁電流來(lái)提供校驗(yàn)器的電源及同步信號(hào)而不需要外接電源，可用于各種電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的校驗(yàn)。實(shí)踐證明，該校驗(yàn)器的使用，將大大提高電磁流量計(jì)的測(cè)量精度。 

關(guān)鍵詞：電磁流量計(jì)  信號(hào)轉(zhuǎn)換器  校驗(yàn)器  恒流源  電阻網(wǎng)絡(luò) 

 一 前言：

     電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的校驗(yàn)器是一種對(duì)電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行性能測(cè)試及標(biāo)定的裝置，已有的電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器是由一系列高精度的電阻網(wǎng)絡(luò)組成，一般只能進(jìn)行定點(diǎn)的測(cè)試及標(biāo)定，不同廠家的轉(zhuǎn)換器的放大倍數(shù)等參數(shù)不同，因此，這樣的電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的校驗(yàn)器只能在無(wú)監(jiān)測(cè)條件下對(duì)特定電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行定點(diǎn)的測(cè)試及標(biāo)定。限制了電磁流量計(jì)應(yīng)用

二 設(shè)計(jì)思路：

     設(shè)計(jì)的電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的校驗(yàn)器包括待校驗(yàn)的外部電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器和輸出模擬電磁流量計(jì)要測(cè)量的流體流速信號(hào)的電阻網(wǎng)絡(luò)。利用電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器輸出的勵(lì)磁電流提供電源及同步信號(hào)，得到模擬電磁流量計(jì)傳感器的輸出信號(hào)，該模擬信號(hào)相對(duì)大小可無(wú)級(jí)調(diào)整及測(cè)量；并且可以根據(jù)不同類型的轉(zhuǎn)換器調(diào)整輸出信號(hào)，可以模擬不同的流速信號(hào)及不同的流體阻抗，輸出信號(hào)的相對(duì)幅值可以用普通數(shù)字電壓表測(cè)量，可用于不同廠家的電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品的校驗(yàn)。

三 實(shí)現(xiàn)方案：

    本設(shè)計(jì)包括待校驗(yàn)的外部電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器和輸出模擬電磁流量計(jì)要測(cè)量的流體流速信號(hào)的電阻網(wǎng)絡(luò)，外部電磁流量計(jì)信號(hào)輸轉(zhuǎn)換器的勵(lì)磁電流輸出，經(jīng)一個(gè)雙向穩(wěn)壓器連接一個(gè)變壓器的初級(jí)輸入，變壓器的次級(jí)輸出連接電阻網(wǎng)絡(luò)的輸入，電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出經(jīng)一個(gè)全波整流器后，分別連接一個(gè)續(xù)流電路的輸入和一個(gè)恒流源電器的輸入，恒流源電路的輸出連接一個(gè)取樣電阻；所述的電阻網(wǎng)絡(luò)同時(shí)輸出模擬電磁流量計(jì)要測(cè)量的流體流速信號(hào)，連接到外部電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入。

四 校驗(yàn)器電路實(shí)現(xiàn)過(guò)程：

電路原理圖如圖2所示

1）將電磁流量計(jì)勵(lì)磁電流S1 的兩個(gè)輸出端分別與雙向穩(wěn)壓電路兩端及變壓器的初級(jí)線圈的兩個(gè)輸入端并聯(lián)，變壓器次級(jí)線圈輸出與S1電氣隔離的信號(hào)同步源和工作電源S2 。
2）變壓器次級(jí)線圈輸出信號(hào)S2的兩個(gè)輸出端分別接電阻網(wǎng)絡(luò)的輸入端和全波整流器的交流輸入端，全波整流器的直流輸出端為由可調(diào)恒流源和取樣電阻串聯(lián)形成的負(fù)載回路提供電源，其中全波整流器的陽(yáng)極接可調(diào)恒流源的輸入及續(xù)流電路的一端，全波整流器的陰極接續(xù)流電路的另一端，取樣電阻的另一端接恒流源電路的輸出。當(dāng)續(xù)流電路的開(kāi)關(guān)SW1斷開(kāi)時(shí)，由可調(diào)恒流源確定的電流I值A(chǔ)決定了流經(jīng)電阻網(wǎng)絡(luò)輸入端的正負(fù)交變電流I的正負(fù)幅值A(chǔ)，使電阻網(wǎng)絡(luò)輸出校驗(yàn)器的輸出信號(hào)S3，S3信號(hào)有正負(fù)幅值B；
                     B=KХA
K為衰減系數(shù)，由電阻網(wǎng)絡(luò)中的電阻值決定；
3）由電容和開(kāi)關(guān)SW1組成的續(xù)流電路并聯(lián)在全波整流器的直流輸出端，續(xù)流電路的開(kāi)關(guān)SW1接通時(shí)，使可調(diào)恒流源確定的電流I值A(chǔ)在取樣電阻上形成可直接測(cè)量的直流電壓信號(hào)S4，通過(guò)信號(hào)S4可以得到信號(hào)S3交變電流I的正負(fù)幅值A(chǔ)，A=S4/R，R是取樣電阻的阻值。
4）通過(guò)在續(xù)流電路的開(kāi)關(guān)SW1斷開(kāi)時(shí)，由可調(diào)恒流源電流i值A(chǔ)確定校驗(yàn)器的輸出信號(hào)S3，再在續(xù)流電路的開(kāi)關(guān)SW1閉合時(shí)，通過(guò)在對(duì)信號(hào)S4的測(cè)量，得出實(shí)際校驗(yàn)器輸出信號(hào)S3的正負(fù)幅值B：
B=KХS4/R

    工作時(shí)各部分電流波形如圖3所示。
    全波整流電路D2輸出為U1提供電源，U1為可調(diào)恒流源電路，本例中選用LM334，通過(guò)調(diào)整R4可對(duì)其電流進(jìn)行調(diào)整，電流的大小可通過(guò)測(cè)量R6兩端的電壓得到。當(dāng)用普通電壓表測(cè)量通過(guò)該電壓時(shí)，要將開(kāi)關(guān)SW1接通，電容C1 接入電路起到濾波作用，使電流源電路得到穩(wěn)定的電源輸入，從而在R6兩端得到

    穩(wěn)定的可準(zhǔn)確測(cè)量的電壓，測(cè)量完畢斷開(kāi)SW1。
    在圖2所示的電路中，通過(guò)調(diào)整恒流源電流，得到的電流為2微安至4毫安，可在S3得到輸出電壓范圍約為0毫伏至40毫伏，相應(yīng)在測(cè)量電阻R6兩端產(chǎn)生的電壓大小約為200微伏至400毫伏，可用普通數(shù)字電壓表測(cè)量，調(diào)整R3及R4，可使本裝置適應(yīng)不同廠家的電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器的校驗(yàn)。設(shè)計(jì)的電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的校驗(yàn)器工作時(shí)，其各部分的電流波形示于圖3。

五．基于校驗(yàn)器的測(cè)量電路

    利用PIC18LF2520等芯片就可以對(duì)電阻R6兩端的電壓信號(hào)和S3上的方波信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。從而可以獲得調(diào)節(jié)電壓值和流速信號(hào)值。其電路框圖如圖4所示。電路的硬件設(shè)計(jì)主要包括信號(hào)調(diào)理，A/D轉(zhuǎn)換，LCD顯示及單片機(jī)相關(guān)的外圍電路等部分。電磁流量傳感器得到的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路處理后，由A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再由CPU進(jìn)行數(shù)值處理，采用液晶顯示器顯示相應(yīng)的流速。各個(gè)模塊的只要功能如下：

    傳感器信號(hào)采集和信號(hào)調(diào)理電路：核心和難點(diǎn)在于將極化電壓控制到重復(fù)穩(wěn)定的值，提取出微弱的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并將其調(diào)整到后續(xù)電路可處理的適當(dāng)范圍。由于采用自動(dòng)跟蹤反饋控制的思想，信號(hào)調(diào)理電路由單片機(jī)控制。

     A/D轉(zhuǎn)換電路：為了保證測(cè)量的精度和穩(wěn)定性，采用了16位的∑-△型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，測(cè)量精度高，抗干擾能力強(qiáng)。

     單片機(jī)相關(guān)外圍電路：時(shí)鐘，復(fù)位電路，鍵盤(pán)和LCD顯示。鍵盤(pán)輸入記錄初始零點(diǎn)，LCD實(shí)時(shí)顯示流量。

     電源：整個(gè)流量測(cè)量系統(tǒng)的供電部分，采用能量密度很高的鋰電池供電。

      基于該校驗(yàn)器的電磁流量計(jì)軟件設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖5所示

六．結(jié)論

    本設(shè)計(jì)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯而易見(jiàn)的突出特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)：利用勵(lì)磁電流提供電路工作的電源，省去了通常模擬信號(hào)發(fā)生器所需用的電池；采用輸出電阻網(wǎng)絡(luò)與恒流電路串聯(lián)方式，所得到的輸出信號(hào)嚴(yán)格對(duì)稱，能模擬流體在管道中勻速流動(dòng)的狀態(tài)；輸出信號(hào)與勵(lì)磁信號(hào)同步，信號(hào)大小能無(wú)級(jí)調(diào)整并能測(cè)量相對(duì)大小，可以適應(yīng)不同廠家的轉(zhuǎn)換器，特別適合電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行性能校驗(yàn)?；谠撔ｒ?yàn)器所設(shè)計(jì)的電磁流量計(jì)，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，效果良好。測(cè)量精度得到了很大的提高。

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