数字式科氏质量流量变送器硬件研制

论文摘要

科氏质量流量计基于科氏力原理,直接测量流体质量流量,同时还能测量体积流量、密度、温度等多种参数,精度高,适用于多种流体。传统科氏质量流量计采用模拟驱动方式和基于模拟电路的信号处理方式,易受噪声干扰,小流量时精度低,限制了量程比;两相流/批料流发生时流量管停振,导致无法继续测量。因此,我们研制了基于DSP的数字式科氏质量流量变送器,实现数字驱动方式和数字信号处理算法。变送器主要包括信号检测模块、驱动模块、温度补偿模块、掉电保护模块等。在信号检测模块中,采用两片高性能ADC同时精确采集两路传感器信号,精心选择滤波器截止频率和电容器,解决了信号相位漂移的问题。分别采用模拟驱动、基于MDAC的半数字驱动、基于波形合成的全数字三种驱动方式激励流量管。在温度补偿模块中,采用三线制导线电阻补偿电路消除导线电阻的影响。采用具有ns级读写速度的铁电非易失性RAM,用于掉电时存储重要数据,选择适当的被监测电压,以使掉电保护动作响应更早,为数据保存争取更多时间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 综述
• 1.1 科氏质量流量计的组成和工作原理
• 1.1.1 科氏质量流量计的组成
• 1.1.2 科氏流量计工作原理
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研制数字式科氏质量流量变送器的目的和意义
• 1.4 课题来源和本文主要研究内容
• 第二章 总体方案
• 2.1 科氏变送器的功能
• 2.2 硬件功能框图
• 第三章 驱动模块
• 3.1 驱动系统原理
• 3.2 驱动信号的选择
• 3.2.1 正弦波
• 3.2.2 三角波
• 3.2.3 矩形波
• 3.2.4 锯齿波
• 3.2.5 不连续的正弦半波
• 3.2.6 连续的正弦半波
• 3.2.7 各种驱动波形的优劣
• 3.3 模拟驱动
• 3.4 基于MDAC 的半数字驱动
• 3.4.1 MDAC 简介
• 3.4.2 非线性幅值控制算法
• 3.4.3 半数字驱动的实现
• 3.5 基于波形合成的全数字驱动
• 3.5.1 全数字驱动的实现
• 3.5.2 全数字驱动的难点
• 第四章 信号调理与采集模块
• 4.1 信号调理与采集的实现
• 4.2 滤波器设计
• 4.3 Σ-Δ型ADC
• 4.4 基准源
• 4.5 数模混合器件地的处理
• 4.6 运放的选择
• 4.7 无源器件
• 4.7.1 电容
• 4.7.2 电阻
• 第五章 温度补偿模块
• 第六章 DSP 芯片
• 6.1 TMS320F28335 的资源
• 6.2 系统对DSP 的资源分配
• 第七章 电源管理模块
• 7.1 系统供电方案
• 7.1.1 数字电源
• 7.1.2 模拟电源
• 7.2 DC/DC 的PCB 布局
• 7.2.1 降压型DC/DC
• 7.2.2 升压型DC/DC
• 7.2.3 极性翻转型DC/DC
• 7.3 DC/DC 电源纹波的抑制
• 7.3.1 LC 滤波
• 7.3.2 再加一级LC 滤波
• 7.3.3 使用线性稳压器
• 7.4 LDO 的稳定性
• 7.4.1 LDO 的结构
• 7.4.2 LDO 的稳定性
• 7.5 掉电保护
• 7.5.1 掉电时间测试
• 7.5.2 被监测电压的选择
• 第八章 模拟输出和脉冲输出模块
• 8.1 4～20m A 电流输出
• 8.1.1 4～20m A 电流环简介
• 8.1.2 4～20m A 电流环控制
• 8.2 脉冲输出
• 第九章 系统测试
• 9.1 驱动系统测试
• 9.2 信号调理与采集电路测试
• 9.2.1 ADC 精度测试
• 9.2.2 系统零点稳定性测试
• 9.3 实验室环境下系统精度测试
• 9.3.1 理想电信号测试
• 9.3.2 带噪声的电信号测试
• 9.3.3 批料流突变信号测试
• 9.4 现场标定实验
• 9.4.1 稳定单相流标定实验
• 9.4.2 两相流标定实验
• 第十章 总结与展望
• 10.1 总结
• 10.2 展望
• 参考文献
• 硕士阶段撰写的论文和申请的专利