交流双频励磁电磁流量计的研究与设计

论文摘要

电磁流量计作为一种主要的流速式测量仪表,在给排水、石油、化工、食品、医疗、环保、航空、航海、农业灌溉等领域都有着广泛的应用,在国内市场需求量增长迅速。目前,国内外电磁流量计的主流励磁方式是低频矩形波励磁,采用这种励磁方式的电磁流量计在测量纸浆等液固两相流时存在输出摇摆,抗噪声能力欠佳等问题,因此,设计出一种针对液固两相流测量的电磁流量计具有非常重要的意义。本文在分析各种励磁技术的基础上,给出了基于STM32单片机的交流双频励磁电磁流量计的设计方案。为了达到双频精确励磁,设计了基于线性电源的恒流控制电路,通过控制H桥电路完成励磁线圈驱动,并利用STM32内部PWM定时器产生励磁控制脉冲;针对被测信号是毫伏级信号,设计了信号处理电路;为了适应网络化需求,设计了CAN接口和USB接口,利用USB接口实现数据的本地传输,可利用CAN总线技术组网实现电磁流量计流量数据的网络化控制;在软件设计部分采用了模块化设计思想,并给出了部分软件设计的流程图;在完成系统的硬件设计的前提下,分析了系统存在的各种干扰,给出了有效的硬件抗干扰措施。本文设计的交流双频励磁电磁流量计能够在有效地提高零点稳定性的同时增强抗干扰能力、提高响应速度,可应用于纸浆测量、水煤浆测量等工况比较恶劣的场合,因此,交流双频励磁电磁流量计具有实际应用价值与开发前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 电磁流量计的发展与国内外现状
• 1.2.1 电磁流量计的发展史
• 1.2.2 电磁流量计的发展现状
• 1.3 本文研究的内容
• 第2章 电磁流量计的相关技术及方案设计
• 2.1 电磁流量计的工作原理
• 2.1.1 法拉第电磁感应定律
• 2.1.2 电磁流量计传感器工作原理
• 2.2 电磁流量计的结构
• 2.3 电磁流量计的励磁技术
• 2.4 电磁流量计两电极之间信号的数学模型
• 2.4.1 流速信号特征
• 2.4.2 干扰信号
• 2.5 关键技术分析
• 2.5.1 模数转换技术
• 2.5.2 现场总线技术
• 2.5.3 系统抗干扰技术
• 2.6 电磁流量计总体结构设计
• 2.7 本章小结
• 第3章 交流双频励磁电磁流量计硬件设计
• 3.1 信号处理电路设计
• 3.1.1 滤波预处理单元设计
• 3.1.2 一级放大单元设计
• 3.1.3 低通隔直单元设计
• 3.1.4 二级放大单元设计
• 3.1.5 电平提升单元设计
• 3.1.6 A/D 转换单元设计
• 3.2 励磁电路设计
• 3.3 单片机系统设计
• 3.3.1 STM32F103VCT6 单片机特点
• 3.3.2 单片机最小系统
• 3.3.3 按键设计
• 3.3.4 显示设计
• 3.3.5 实时时钟设计
• 3.3.6 数据存储模块设计
• 3.4 通信模块设计
• 3.4.1 CAN 接口电路设计
• 3.4.2 USB 接口电路设计
• 3.5 报警单元设计
• 3.6 电源电路设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 交流双频励磁电磁流量计软件设计
• 4.1 软件设计总体思想
• 4.1.1 软件开发原则
• 4.1.2 开发环境
• 4.1.3 软件功能设计
• 4.2 电磁流量计单片机控制程序设计
• 4.2.1 主程序软件设计
• 4.2.2 信号采集及处理软件设计
• 4.2.3 交流双频励磁软件设计
• 4.2.4 通信模块软件设计
• 4.2.5 其他模块程序软件设计
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢