PILZ皮尔兹流量计变送器的研制
由于流量计可以直接进行高精度测量质量流量,同时不受温度、密度等因素的影响,被广泛地应用在如化工、石油、热电等领域。目前,流量计的研制成为国内流量检测研究的热点,和国外相比还有一定的差距。因此,PILZ流量计变送器的研制,对国产流量计的研发和技术进步具有重要意义。

PILZ皮尔兹流量计变送器的研制
在PILZ流量计变送器的设计中,基于FPGA(EP3C40Q240C8N)处理器实现传感器的激励、数字信号处理及流量计算；基于Cortex-ARM架构的STM32F407微处理器实现人机界面的显示与控制,以及4-20mA电流、脉冲和基于Modbus协议的RS-485总线三种形式的流量数据输出。使用C#语言在Visual Studio 2013环境下开发了基于Modbus协议的上位机监控通讯程序。相位差的测量决定着流量计的测量精度。流量计是利用科里奥利原理实现的一种高精度、低机械损耗的直接式质量流量计,变送器是CMF重要的组成部分。对CMF理论体系进行了系统的研究,阐述了科里奥利力的物理意义及其在质量流量计设计中的应用,进而分析了CMF一次仪表的结构和工作过程。然后根据功能要求提出设计原则,并以此指导后续工作。设计了基于CMF工作原理和上述原则的实现机制,并通过仿真和实验相结合对电路细节进行详尽研究。模拟电路主要实现了由物理闭环和增益控制闭环构成的驱动系统,以及对一次仪表输出信号进行预处理的信号预处理系统。驱动系统输出信号驱动一次仪表上的线圈工作,模拟了科里奥利力的产生条件。驱动设计的难点在于必须保持激振信号幅度在合适的范围内,过大过小都不能驱动一次仪表正常工作。zui终利用场效应管的VGS—RDS压阻特性解决了该难题。信号预处理系统对原始的相位信号和温度信号进行预处理,使之适合数字电路作进一步的处理。两路相位信号(来自一次仪表的左右传感器)的处理电路*一样,此外还必须引出相位超前的第三路相位信号,其作用在于提醒MCU相位信号即将到达。信号预处理系统还包括温度信号提取电路,通过铂热敏电阻实现对温度信号的提取,采用了三线制恒流源测量法。在正式进入数字电路设计之前,先讨论了相位差测量方法,并选定双向过零鉴相作为实现方案。数字电路主要实现了相位差检测和质量流量信息的zui终输出。基于双向过零检测原理,数字电路包括过零点检测模块、计数器模块和MCU模块。过零点检测模块提取了两路相位信号的过零点信息,计数器模块对过零点之间的长度计数,计数结果供MCU调用,MCU模块主要包括MCU芯片及其供电网络和工作频率设置电路,协调各个模块的工作,并对各个模块的输出进行处理,zui终得到质量信息。

PILZ皮尔兹流量计变送器的研制
提出了基于线性插值和互相关计算相结合的相位差计算方法,通过二进极值搜索,实现对相位差的快速精确测量。该方法大大减少了计算量,提高了流量测量的实时性。仿真实验结果表明该方法具有较高的测量精度和实时性。实验测试结果表明,全数字PILZ流量计变送器工作稳定可靠。在量程比18：1条件下,测量精度优于千分之一。