智能金属管浮子流量计的开发

　　1引言

　　在工业生产和科研测量中，经常遇到小流量、低雷诺数的流量测量。浮子流量计由于具有灵敏度高，测量范围宽，压力损失较小且恒定，测量介质种类多，工作可靠，维护简便，对仪表前直管段要求不高等优点，已被广泛应用。

　　浮子流量计的浮子位移与流量之间存在明确对应的函数关系，测出浮子位移即可确定流量大小。金属管浮子流量计(以下简称流量计)可以连续测量封闭管道内液体、气体或蒸汽的流量，既能就地指示，又能远传信号，可实现流量测量值的远距离显示、记录、计算、调节控制等功能，因此广泛应用于石油、化工、能源、冶金、医药、轻工、国防等部门的流量检测及过程

　　控制。由于流量计的浮子位移不能直接读出，所以将磁钢封入浮子内，由设在转换器内的磁藕合机构得到浮子移，并由位移传感器将与流量对应的浮子位移转换成电信号，以实现远传输出。目前常用的位移传感器有两种:差动变压器式传感器和电容式角位移传感器。但是使用这两种位移传感器要获得与流量对应的位移信号，需要通过磁钢藕合以及相应的四连杆、凸轮等机械机构进行非线性修正和传动来实现，这就会造成转换器传动环节多、结构复杂、存在摩擦力、回差增大，从而降低流量计的测量精度。因此无法实现流量计的转换器全电子化、小型化以及在此基础上的智能化。为此，推出采用霍尔传感器检测浮子位移、利用16位低功耗单片机作为核心处理器的智能流量计。

　　2系统构成原理

　　该流量计采用线性霍尔传感器检测浮子位移，配合单片机应用系统，完全去掉了磁钢祸合、非线性修正及传动等机械机构。其工作原理如图1所示。

　　当被测流体自下而上流过锥管时，浮子产生位移，通过线性霍尔传感器的磁力线角度就会发生变化，从而使霍尔传感器输出相应电压。该输出电压输入到单片机应用系统进行处理后，可输出与流量对应的标准电流信号，也可通过标准通信接口进行数据远程交换。

　　在流量计的转换器中对应浮子位移范围中间位置处放置两个特性一致的霍尔传感器，两个霍尔传感器的磁敏感面互成900。霍尔传感器的输出电压为:

　　式中:

　　K,、Kz为霍尔灵敏度系数;

　　I,, h为霍尔元件的激励电流;

　　B,, BZ为霍尔传感器所处位置的磁感应强度;

　　B为磁力线相对于霍尔传感器的磁敏感面的倾斜角。

　　因为两个霍尔传感器选用特性一致的同一型号霍尔传感器，采用同一激励电流，处于同一高度位置，所以有K, =K2,乙认，Bi=Bz。因此可得: