基于數字濾波的渦街流量計二次儀表設計

渦街流量計適用于氣體、液體等流體流量的測量,具有內部無活動部件,結構簡單、精度高、適應性強等優點,在工業生產等諸多行業得到了廣泛的應用。但是渦街流量計目前還存在一些問題,特別是在低流速、小流量的情況下,頻率測量會受到很大干擾,其渦街信號的信噪比非常低,渦街原始信號極易被噪聲淹沒,無法進行正常的測量。而普通渦街流量計大多采用模擬信號處理辦法,正常流量范圍內,渦街頻率信號穩定、測量精度比較高;但是在小流量時,渦街原始信號非常微弱、難以提取有用信息,導致流量測量量程比很小,測量下限比較高。

針對以上問題,該課題研究并設計實現了一款基于MSP430單片機數字濾波的渦街流量計。該數字渦街流量計采用雙MSP430單片機的硬件結構,在低流速的情況下,由MSP430AFE253單片機對渦街初始信號進行數字處理、濾波,轉換成標準信號;再由MSP430F413單片機進行計頻,結合一種多周期測頻方法,可以測量出渦街頻率,進而有效解決了測量精度問題,同時克服了在小流量測量時的量程比問題,相比于普通模擬渦街流量計,在保證測量精度與實時性地基礎上降低了系統整體功耗,并實現了4~20mA頻率信號模擬量輸出。

本論文主要是按照渦街流量計的測量原理、工作原理、硬件系統介紹、軟件系統介紹以及實驗結果分析的順序進行論述的,并詳細介紹了一種多周期測頻方法。該渦街流量計二次儀表由3塊電路板構成,分別為電源板、信號處理板、數據處理板;針對三塊電路板本課題設計了一套完整的硬件電路結構以及軟件系統,成功地實現了該渦街流量計可以在不同流量下調整濾波程序的參數,從而能的測量渦街信號頻率和流量值。***后通過實驗表明本數字渦街流量計具有很低的量程下限,擴大了渦街信號測量的量程比,對現場噪聲有很強的抑制能力,實時性好,具有很高的應用價值。