研究背景與意義
1.渦街流量計概述
當流體中安放一個非流線型旋渦發生體時,流體將會在發生體兩側交替分離,并釋放出兩串規則的交錯排列的旋渦。在一定范圍內,旋渦分離頻率與流量成正比。根據這種原理實現流量測量的流量計叫做渦街流量計。渦街流量計具有壓力損失小,量程寬,精度高,構造簡單牢固,維護方便,安裝費用低,使用壽命長,適用范圍廣等優點,因此被廣泛應用于工業管道介質流體的流量測量。
2.渦街流量計的研究現狀
盡管渦街流量計具有眾多優點,并在工業生產中得到廣泛的應用。但現有的渦街流量計仍存在一些問題,影響到它的進一步推廣應用。例如,渦街流量計下限量程高,抗機械振動干擾能力差,在線參數修改不便。因此,解決渦街流量計小流量測量,抗干擾等問題,對于改善現有渦街流量計的測量精度與可靠性具有重大意義。同時,優化渦街流量計的操作界面能極大方便用戶的使用。
3.渦街流量計研究的意義
正如上文所述,渦街流量計具有諸多優點,同時也有許多亟待解決的問題。我們的研究將針對解決小流量測量,抗干擾以及優化操作界面這三個問題展開。通過引入溫度、壓力補償,數字信號處理,以及USB數據傳輸等方法,解決長期阻礙渦街流量計發展應用的瓶頸問題,進一步提高渦街流量計的可靠性,精確性與實用性,推動渦街流量計在工業中的應用。
課題研究的特色
2.1 創新性
⑴當前的渦街流量計沒有考慮溫度、壓力等環境因素對流量測量的影響,測量精度無法提高。我們的研究將增加溫度、壓力補償功能,使測量過程不受環境因素影響,結果更加準確可靠;
⑵由于當前的渦街流量計采用計數方式計算流速,因此,當流速較低時,計數脈沖信號減弱,造成小流量測量結果不準。我們的研究將使用軟硬件合成濾波的方法,提取并放大微弱的低流速信號,實現低流速的準確測量;
⑶當前的渦街流量計使用查表和線性擬合的方式計算流量,由于擬合誤差的存在,測量結果誤差較大。我們的研究將利用解析計算公式,并加入溫度壓力補償,實現流量的精確計算;
⑷當前的渦街流量計難以消除管道內部的振動噪音,從而造成較大的測量誤差。我們的研究將應用數字傅里葉算法,消除渦街信號中的噪音成分,提高渦街流量計的抗干擾能力;
⑸通過增加USB數據傳輸功能,實現流量數據的在線下載與測量參數的在線修改,使得流量計的使用更加方便靈活。
2.2 可實現性
⑴PIC32系列單片機的高速計算性能使得復雜數字信號處理和計算成為可能;
⑵PIC32系列單片機的豐富外設簡化了渦街流量計外部電路的設計,使得流量計體積更小,成本更低,可靠性更高;
⑶PIC32系列單片機的OTG模塊減少了USB數據傳輸協議的解析量,縮短了USB數據傳輸的開發周期。
方案設計
3.1 硬件設計
整套系統由主機與從機兩部分組成。主機為現場儀表,具備流量測量、顯示以及數據記錄等功能。從機為手持管理儀表,使用者通過USB連接線,實現對現場儀表的管理。管理內容包括測量數據的下載和測量參數的修改。具體硬件設計如下圖所示。
3.2 軟件設計
軟件程序由三部分組成。第一部分為啟動初始化程序,它完成渦街流量表的初始狀態設定。第二部分為測量主程序,它實現流量信號的采集,處理,計算與顯示。第三部分為USB數據傳輸中斷程序,它由按鍵觸發,實現主機與從機間的數據交換。
3.3 單片機選型
根據設計需求,所選單片機應具有以下基本配置:
⑴80MHz主頻;
⑵32位總線設計;
⑶32kB RAM空間;
⑷128kB Flash 存儲空間
⑸2路中斷信號通道
⑹4路A/D轉換通道;
⑺4路I/O轉換接口;
⑻USB OTG硬件解析模塊;
⑼1路D/A轉換通道。
因此,我們選擇PIC32MX440F128H及以上版本的單片機作為渦街流量計的處理芯片。
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史海拾趣
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創立與初期發展:江蘇歐密格光電科技股份有限公司成立于2009年,由現任董事長兼總經理盛剛創立。盛剛在創辦公司之前,擁有豐富的工學背景和外貿業務經驗。這為公司早期的技術研發和市場拓展奠定了堅實的基礎。在創立初期,歐密格光電就專注于半導體和光電元器件的生產加工,憑借過硬的技術和品質,逐漸在行業中嶄露頭角。
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