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基于PIC32的数字涡街流量计设计方案

  研究背景与意义

  1.涡街流量计概述

  当流体中安放一个非流线型旋涡发生体时,流体将会在发生体两侧交替分离,并释放出两串规则的交错排列的旋涡。在一定范围内,旋涡分离频率与流量成正比。根据这种原理实现流量测量的流量计叫做涡街流量计。涡街流量计具有压力损失小,量程宽,精度高,构造简单牢固,维护方便,安装费用低,使用寿命长,适用范围广等优点,因此被广泛应用于工业管道介质流体的流量测量。

  2.涡街流量计的研究现状

  尽管涡街流量计具有众多优点,并在工业生产中得到广泛的应用。但现有的涡街流量计仍存在一些问题,影响到它的进一步推广应用。例如,涡街流量计下限量程高,抗机械振动干扰能力差,在线参数修改不便。因此,解决涡街流量计小流量测量,抗干扰等问题,对于改善现有涡街流量计的测量精度与可靠性具有重大意义。同时,优化涡街流量计的操作界面能极大方便用户的使用。

  3.涡街流量计研究的意义

  正如上文所述,涡街流量计具有诸多优点,同时也有许多亟待解决的问题。我们的研究将针对解决小流量测量,抗干扰以及优化操作界面这三个问题展开。通过引入温度、压力补偿,数字信号处理,以及USB数据传输等方法,解决长期阻碍涡街流量计发展应用的瓶颈问题,进一步提高涡街流量计的可靠性,精确性与实用性,推动涡街流量计在工业中的应用。

  课题研究的特色

  2.1 创新性

  ⑴当前的涡街流量计没有考虑温度、压力等环境因素对流量测量的影响,测量精度无法提高。我们的研究将增加温度、压力补偿功能,使测量过程不受环境因素影响,结果更加准确可靠;

  ⑵由于当前的涡街流量计采用计数方式计算流速,因此,当流速较低时,计数脉冲信号减弱,造成小流量测量结果不准。我们的研究将使用软硬件合成滤波的方法,提取并放大微弱的低流速信号,实现低流速的准确测量;

  ⑶当前的涡街流量计使用查表和线性拟合的方式计算流量,由于拟合误差的存在,测量结果误差较大。我们的研究将利用解析计算公式,并加入温度压力补偿,实现流量的精确计算;

  ⑷当前的涡街流量计难以消除管道内部的振动噪音,从而造成较大的测量误差。我们的研究将应用数字傅里叶算法,消除涡街信号中的噪音成分,提高涡街流量计的抗干扰能力;

  ⑸通过增加USB数据传输功能,实现流量数据的在线下载与测量参数的在线修改,使得流量计的使用更加方便灵活。

  2.2 可实现性

  ⑴PIC32系列单片机的高速计算性能使得复杂数字信号处理和计算成为可能;

  ⑵PIC32系列单片机的丰富外设简化了涡街流量计外部电路的设计,使得流量计体积更小,成本更低,可靠性更高;

  ⑶PIC32系列单片机的OTG模块减少了USB数据传输协议的解析量,缩短了USB数据传输的开发周期。

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