電磁流量計的量程自動轉(zhuǎn)換及標尺變換技術(shù)

智能儀表常需對外界各種信號停止丈量。其辦法普通為：先由傳感器把外界信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模仿電信號，然后用模數(shù)轉(zhuǎn)換器把其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，再由單片機停止處置。此時應(yīng)對數(shù)據(jù)停止一定的轉(zhuǎn)換處置，如根本的標度變換和漂移、增益誤差的自動校準及量程切換(當丈量范圍較大)等∞．31，46，47．48】。智能化轉(zhuǎn)換器的噪聲處置才能強，在很大范圍內(nèi)丈量線性度好。因而，量程轉(zhuǎn)換無須運用硬件電路。

   一、量程自動轉(zhuǎn)換

   假如傳感器和顯現(xiàn)器的分辨率一定，而儀表的丈量范圍很寬時，為了進步丈量的精度，智能化丈量控制儀表應(yīng)能有自動轉(zhuǎn)換量程的功用。由于實踐被鍘信號需經(jīng)放大器放大后再停止模數(shù)轉(zhuǎn)換，假如用同一增益的放大器去放大，則必然使低電平信號丈量精度降低。設(shè)如用lOmV及1v兩種量程丈量小于10mV的同一被測信號，且其放大器的放大倍數(shù)都為lO倍，此時若放大器輸出誤差為0．5InV， 那么對lOmV檔的輸入誤差為5％，而對1V檔的誤差僅0．05％。因而，為了保證信號丈量精度，請求放大器能自動轉(zhuǎn)換增益，當小信號時，增益自動變大，而大信號時，增益自動減少。量程自動轉(zhuǎn)換還能避免數(shù)據(jù)溢出、電路過載，保證系統(tǒng)工作在最佳電平區(qū)域。以前的模仿儀表多采用機械開關(guān)人工自動選擇量程，這樣運用很不便當，也容易出錯。目前的數(shù)字儀表多采用量程自動轉(zhuǎn)換。在丈量時， 先把量程開關(guān)置于最大處，丈量結(jié)果如太小，則自動把量程開關(guān)降低一檔，再丈量，直到測出值適中或量程開關(guān)處于最小為止。在停止量程轉(zhuǎn)換時，并不請求非常準確的讀數(shù)，只需丈量出輸入量的大致范圍。量程轉(zhuǎn)換倍率普通為10的倍數(shù)， 但為了便于同微機接口，進步儀器的精度，自動量程轉(zhuǎn)換可采用2的倍數(shù)，其中常用的為4的倍數(shù)。由于儀器中常用二進制浮點數(shù)運算，運用倍率1，在改動階碼時，只需將階碼加2或減2，即可完成所需乘4或除4的運算。同時，如倍率獲得太大，在同一量程內(nèi)，小信號的有效數(shù)字將太小，會降低儀表的分辨率和精度。

   二、標尺變換技術(shù)

   智能化丈量控制儀表在讀入被測模仿信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，常常要轉(zhuǎn)換成操作人員所熟習的工作量。這是由于被測對象的各種數(shù)據(jù)的量綱與A／D轉(zhuǎn)換的輸入值是不一樣的。例如，溫度的單位是oc，壓力的單位為只，流量的單位為所3／i, 等，而經(jīng)系統(tǒng)前置處置后所得的信號值僅對應(yīng)于被測值的大小，故必需把其轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值后才干停止運算、顯現(xiàn)和打印輸出等處置，為此需對被測值停止標度變換。

   l、線性變換

   線性變換是最常用的標度變換辦法，其前提請求參數(shù)值與模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果之間關(guān)系是線性的。變換公式為： Y=(1意一】幺)(x一Ⅳ曲)／(Ⅳ。一Ⅳm)+J麓(2-1) 其中，y表示被丈量變換后的值，】，讎表示被測檔量程最大值，l么表示被測檔量程最小值，Ⅳ一表示J幺對應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換后的輸入值，Ⅳ。表示‰對應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換后的輸入值，x表示丈量值y對應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換值。對一個實踐系統(tǒng)，，r眥、，幺、Ⅳ一、^r曲普通都為己知的，故上式能夠變換成如下方式： Y=SCl·X+SCo (2-2) 式中$Cl和SCo為多項式系數(shù)，$Co取決于零點值，SCl為擴展因子。

   2、公式轉(zhuǎn)換法當傳感器測出的數(shù)據(jù)與實踐參數(shù)不是線性關(guān)系，而是由傳感器和丈量辦法決議的某一解析函數(shù)關(guān)系，此時標度變換可由公式變換法取得。例如當用差壓變送器測流量信號時，由于壓差與流量的平方成正比，即其流量】，與經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的丈量輸入值X成平方根關(guān)系。這時可采用如下公式計算：k(k一‰)．1／囂+‰ (2．3) 式中的各項含義同上，在實踐運用時，與前面一樣，能夠變換為如下計算式： Y=sc2×√。r—scj+SCo(2-4)

   3、多項式變換

    當傳感器測得的數(shù)據(jù)與實踐參數(shù)成非線性，且無法用一簡單的式子來表示， 或其解析式復(fù)雜而難以滿足實時處置請求時，應(yīng)采用多項式法停止非線性標度變換。此時應(yīng)先肯定多項式的階數(shù)N，然后選取N+1個丈量點，并測出其實踐參數(shù)值】】=與傳感器輸出值Xj(i=班N)，再運用插值多項式計算求出變換值。這種標度變換是最簡單、最適用的一種非線性變換辦法，適用于許多應(yīng)用場所。在實踐運用時，還可依據(jù)需求采用二次變換，即第一次采用線性變換，其系數(shù)sc,、SCo可恣意修正，以改良傳感器或其電路的偏向，由于即便對兩個同型號的傳感器來說， 它們的轉(zhuǎn)換特性也可能不完整一樣，故需先修正SCl、SCo來補償傳感器的差別， 然后再停止非線性標度變換。由以上剖析可知，各種標度變換辦法都有其特定的順應(yīng)條件，在滿足精度的條件下應(yīng)選擇簡單的變換辦法。在本項目中，流量計采樣得到的數(shù)據(jù)與實踐數(shù)據(jù)具有近似的線性關(guān)系，并且我們還經(jīng)過非線性補償來滿足線性變換的條件，因而能夠采用線性變換來完成標度的變換。

    2．3系統(tǒng)總體構(gòu)造設(shè)計

    經(jīng)過對智能電磁流量計檢測儀表關(guān)鍵技術(shù)的剖析、研討和比擬，并綜合國內(nèi)外電磁流量檢測儀表產(chǎn)品智能化、繼承化、開放化的開展趨向，我們提出了集轉(zhuǎn)換器、計算儀、RS485規(guī)范總線于一體的智能電磁流量計。其總體構(gòu)造如圖2．8： 電==爿蘭曼蘭至l 篇幅磊翮I．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．_J 磁器辟MCU 仁回流量傳感器仁阿磊沖=一。d 485總線接口圖2．8系統(tǒng)總體構(gòu)造

    系統(tǒng)主要由電磁流量傳感器和轉(zhuǎn)換器組成，轉(zhuǎn)換器又包括流量轉(zhuǎn)換單元和流量積算、控制單元。其中流量轉(zhuǎn)換單元包括信號轉(zhuǎn)換模塊、A／D轉(zhuǎn)換模塊、勵磁電流發(fā)作模塊；流量積算、控制單元包括RS-485通訊接口、鍵盤控制模塊、液晶顯現(xiàn)模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊。各單元功用如下：

   I、電磁流量傳感器：根據(jù)線性關(guān)系將導(dǎo)管內(nèi)被測流體的流量信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號。

   2、信號轉(zhuǎn)換模塊：將傳感器所輸出的小電壓信號停止放大，并濾除掉與被測信號無關(guān)的干擾信號使信號純化，為A／D轉(zhuǎn)換器提供放大的模仿量。

  3、A／D模塊：將模仿量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量提供應(yīng)單片機停止處置。

  4、勵磁模塊：為變送器提供勵磁電流。

  5、RS-485通訊模塊：為儀表提供RS-485規(guī)范總線通訊接口。

  6、鍵盤控制模塊：完成儀表的參數(shù)設(shè)置和控制。

  7、液晶顯現(xiàn)模塊：完成儀表的瞬時流量、累計流量等實時顯現(xiàn)。

  8、數(shù)據(jù)存儲模塊：寄存流量積算后的累計流量數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)正常工作所必需設(shè)置的各項參數(shù)。

  2．4本章小結(jié)

   本章經(jīng)過對電磁流量計系統(tǒng)的剖析、比擬和論證，肯定了系統(tǒng)開發(fā)所采用的計劃，并對系統(tǒng)的總體構(gòu)造停止了設(shè)計。為后面電磁流量計系統(tǒng)設(shè)計工作的展開奠定了根底。