基于虚拟仪器的质量流量计相位差测量

　　0　引　　言

　　质量流量计是一种直接测量流体质量流量的仪器,它是通过检测两路同频信号的相位差,从而利用相应的数学公式计算出流体的质量流量。传统电子模拟式相位差测量由硬件电路完成,电路的温漂、噪声及干扰信号的影响,都会导致测量结果产生误差[1-2]。随着计算机技术和虚拟仪器技术的发展,利用虚拟仪器可以很好的完成相位差的测量,同时避免用硬件电路测量时所带来的一些影响,从而提高测量精度。

　　虚拟仪器相位差测量常用的方法有:过零法、相关法、频谱分析法等[3-7]。由于传感器输出的信号是频率和幅值不断变化的近似正弦脉冲波的信号,用相关法和频谱分析法不能很好的测量相位差,而用传统的过零法虽能测量相位差,但对于实际信号零点的查找比较困难,针对传感器输出的实际信号,本文提出了一种基于虚拟仪器的改进型过零点相位差测量法。

　　1　虚拟仪器相位差测量系统

　　虚拟相位差测量系统由传感器、信号调理电路、数据采集卡、计算机等几部分组成。系统框图如图1所示。其中计算机平台通过LabVIEW编程控制数据采集卡采集信号,并对采集进来的数字信号进行一系列处理,完成相位差的测量。

　　2　过零法原理

　　2.1　测量原理[3-5]

　　过零法是通过计算2个同频信号过零时刻的时间差,再将时间差转换为相位差。其基本原理如图2所示。

　　3　改进的过零法原理

　　用前面的过零法能够很好的测量常见波形的相位差,但对实际工作中遇到的信号如图4所示,过零法不能很好的判断实际计算需要的过零点,因而不能测量出相位差。针对这种情况,提出了一种设定阈值的过零点相位差测量法。

　　3.1　测量原理

　　测量的基本原理与前面所述基本相同,就是计算2个同频信号过零时刻的时间差,再将时间差转换为相位差。而在虚拟仪器中,两同频信号过零时刻的时间差,是由两过零点所在数组中对应位置差来确定的。所以前面的计算公式可以转化为:

　　式中:Δθ为两信号的相位差,IA1为过零点A1在数组1中所对应的位置(即该点在数组1中的索引值),IA2为过零点A2在数组1中所对应的位置(即该点在数组1中的索引值),IB1为过零点B1在数组2中所对应的位置(即该点在数组2中的索引值),IB2为过零点B2在数组2中所对应的位置(即该点在数组2中的索引值)。数组1和数组2分别为数据采集卡采集进来的2路信号A、B的数值,采集卡应使用并行采集卡,保证同时采集而无时间差,否则应对结果进行修正。