基于ADμC812的磁性物浓度计主板的设计

　　1　磁性物浓度计设计的原理

　　1.1　自感电动势与磁性物浓度的关系

　　根据电磁场理论,线圈的电感量可由L=μn2S/l计算。其中,μ为线圈管内介质的磁导率,n为线圈匝数,S是线圈横截面积,l为线圈长度。当线圈的匝数、横截面积、长度确定后,线圈的电感量与其中介质的磁导率成正比。当选煤用的重介质悬浮液流经一个感应线圈时,其磁导率μ将随且仅随磁性物质的浓度变化而变化,故线圈的电感量与铁磁物质的浓度成正比;同时,由于线圈的自感电动势ε=-L(di/dt),当采用三角波电流源时,(di/dt)为同周期的方波,则在半个周期内,(di/dt)为常数,即ε与L成正比。

　　由此可知,若设任意时刻线圈上的自感电动势为ε,悬浮液中铁磁物质的浓度为n,则他们之间的关系如图1所示。

　　其中:ε0,n0为线圈空心时自感电动势及悬浮液中性磁物质的浓度,此状态为浓度计磁性物质浓度的零状态,即n0=0,相应的ε0为非零值,称零度值;εm,nm为线圈中充满磁性物质时的自感电动势及悬浮液中磁性物质的浓度,此状态为浓度计满量程状态,相应的εm称为满度值。任意时刻均有n0

　　1.2　自感电动势ε的计算

　　为了提高自感电动势的计算精度,需考虑电感中的电阻效应,线圈的交、直等效电路如图2所示。其中A,B,C为AD转换器的采样点,由此计算出UAB与UBC的值。

　　其中,r为电感中的电阻效应,R为电路板上的采样电阻。若U′r,UAB分别是电感电阻的交、直流等效电压,U′BC,UBC分别为采样电阻上的交、直流电压,则有U′r/U′BC=UAB/UBC,即交流时电感电阻的等效电压U′r= (UAB×U′BC)/UBC。而交流时A,B两点电压U′AB是自感电动势ε与U′r的矢量和,即。

　　2　主板的硬件设计

　　主板应完成三角波电流源的产生及数据的采样处理。电路的组成框图如图3所示。

　　2.1　ADμC812

　　ADμC812是全集成的位数据采集系统,在单个芯片内包含了高性能的自校准多通道ADC,2个12位DAC以及可编程的8位(与8051兼容)的MCU。片内有8 kB的闪速/电擦除的程序存储器, 640 B的闪速/电擦除的数据存储器以及256 B片内数据RAM。MCU支持的功能包括看门狗定时器、电源监视器以及ADC的DMA功能,为多处理接口和I/O扩展提供了32条可编程的I/O线,I2C兼容的SPI和标准UART串行端口I/O。

　　A,B,C三点的电压经通道0, 1, 2分别被采样进来,MCU对数据进行处理。同时, MCU通过DAC0,即DAC转换0通道生成三角波,做电感线圈的信号源。ADμC812的通信接口利用MAX232芯片做成RS232标准串行接口,具有在线调试的功能。