智能金属管浮子流量计电子信息处理系统的研制

论文摘要

在工业生产、科学实验、能源计量及社会生活等领域中,流量是需要测量和控制的重要参数之一。浮子流量计是一种经典的变面积式流量计,具有结构简单、工作可靠、压力损失小且稳定、可测低流速介质等诸多优点,被广泛应用。本论文研究的是基于磁阻元件和MSP430系列单片机的智能金属管浮子流量计电子信息处理系统。在传感器方面,本论文使用HB-QCZ111型磁敏电阻和双路HMC1512磁阻传感器两种方案测量磁体角度,分别进行了安装位置、温度等多项实验,并最终确定使用双路HMC1512磁阻传感器测量磁体角度,应用于金属管浮子流量计。在实际应用中,流量变化,金属管内浮子的位置也随之变化,进而引起耦合磁体的角度变化。磁阻传感器将磁体角度变化转换为电信号,经过一定的信号处理转换为单片机可以识别的信号,由MSP430单片机对其进行AD采样。同时设有温度测量电路可对系统进行温度补偿。系统通过直流24 V供电,并配有两线制420 mA电流输出及RS485通讯接口、外扩看门狗电路、掉电保护电路等模块。MSP430单片机采用模块化程序设计方法,对初始化模块、AD采样模块、PWM波输出模块、串口通讯模块等方面进行软件设计,并在主程序中进行优化处理。此系统可自动完成流量信号的采集、计算和温度补偿,并经液晶屏幕显示;用户可通过上位机连接RS485通讯,完成仪表系数置入、参数设置、显示内容切换等操作。据此方案制成三台金属管浮子流量计样机,口径分别为25 mm、40 mm、100 mm,在天津大学过程检测与控制实验室的水流量标准装置上进行标定和检验,其精度均为1.5级,符合研制计划。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 金属管浮子流量计概述
• 1.1 流量计量的意义
• 1.2 浮子流量计的原理
• 1.3 浮子流量计发展及研究现状
• 1.3.1 浮子流量计的发展
• 1.3.2 浮子流量计的研究现状
• 1.3.3 金属管浮子流量计信号采集方法的研究现状
• 1.4 课题研究的主要内容和创新点
• 1.4.1 课题研究的主要内容
• 1.4.2 课题的主要创新点
• 1.5 论文组织结构
• 第二章 磁阻元件应用于金属管浮子流量计的研究
• 2.1 磁阻效应的原理
• 2.2 磁阻元件应用于金属管浮子流量计磁体角度检测的研究
• 2.3 磁敏电阻和磁阻传感器
• 第三章 基于双路磁敏电阻的金属管浮子流量计的研究
• 3.1 HB-QCZ111 型磁敏电阻原理
• 3.2 用磁敏电阻测量磁体角度的电路实现
• 3.3 磁敏电阻安装位置实验结果
• 3.4 磁敏电阻温度实验结果
• 第四章 基于双路磁阻传感器的金属管浮子流量计的研究
• 4.1 磁阻传感器工作原理
• 4.2 Honeywell 公司的磁阻传感器HMC1512
• 4.3 用磁阻传感器测量磁体角度的电路实现
• 4.4 磁阻传感器安装位置实验结果
• 4.5 磁阻传感器温度实验结果
• 第五章 基于MSP430 单片机的信号处理系统硬件电路设计
• 5.1 信号处理系统整体设计思路
• 5.2 硬件电路设计
• 20 m A 输出模块'>5.2.1 电源供电转换及4²0 m A 输出模块
• 5.2.2 温度补偿模块
• 5.2.3 RS485 通讯模块
• 5.2.4 外扩看门狗模块
• 5.2.5 掉电保护模块
• 5.2.6 单片机控制模块
• 5.3 硬件系统的电磁兼容性
• 5.4 硬件系统的本质安全型防爆
• 5.4.1 本质安全型防爆概述
• 5.4.2 硬件系统的本质安全型防爆设计
• 第六章 基于MSP430 单片机的信号处理系统软件设计
• 6.1 软件系统整体设计思路
• 6.2 系统各模块软件设计
• 6.2.1 主程序设计
• 6.2.2 初始化模块设计
• 6.2.3 AD 采样模块设计
• 6.2.4 PWM 输出模块设计
• 6.2.5 串口通讯模块设计
• 第七章 基于磁阻传感器的金属管浮子流量计实流实验研究
• 7.1 水实验装置
• 7.2 实验指标
• 7.3 基于磁阻传感器的金属管浮子流量计实流实验
• 第八章 总结与建议
• 8.1 总结
• 8.2 建议
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢