八线智能流速仪的研制

　　多年来,由于受到测验设备的限制,流速场的测定多是采用单点或多点的非同步检测,检测结果经人工整理后再绘制出流速图,这不仅费时费力,且当流速随时间变化时,更得不到真实合理的测量结果。随着电子技术和计算机技术的日益发展,单片计算机这一高新技术的应用已进入各行各业。为了满足目前国内流速测量的需要,提高测试精度,加快测试速度,我们进行了智能流速仪的研制。该仪器以单片计算机为主处理器,配以LCD显示模块等大规模集成电路和光电转子流速传感器,能够自动完成8个通道流速数据的自动处理,通讯传输和打印。经现场试验表明,该仪器性能可靠,测试精度高,操作简单,体积小,功耗低,适用性广泛,性能价格比高,不失为流速测量中的有效设备。

　　1　设计原理及要点

　　1.1　设计原理

　　旋浆式光电传感器是一种线速度—角度的传感器,旋浆在动水压力作用下产生的转动角速度与此动水的线速度之间有下式关系:

式中:V—流速;

　　n—旋浆转动的频率;

　　K—传感器的比例系数;

　　C—旋浆的修正值;

　　T—计测旋转转数所用的时间;

　　N—在T时段内的旋浆转数。

　　所以,只要在一定时间内,测到旋浆的转动次数,便可求出相应的流速。

　　1.2　时间修正

　　由上式可知,在启动计时器闸门的瞬间,旋浆的转动周期恰好来临,以及关闭计时器闸门的瞬间,转动周期恰好结束。即N与T恰好对应,这时,计算出的流速比较精确。但是由于流速仪旋浆的转动是随机的,实际测量中不大可能在启动计时器闸门时,信号有效。通常会出现一个脉冲信号的绝对误差,如图1所示。

　　这一信号的误差,从V=K/T·N+C可知。在K值较小,T值又较大时,对流速的影响不大。但实际上,大多数流速传感器的K值范围在(1.2~5.3),测流历时T为5~10 s,这样,一个信号引起流速的误差就存在一定的影响。为了避免计数法在实测中存在的这一固有误差,我们在设计中对测量时间T进行了修正。即从启动计时器闸门始至出现的流速脉冲信号前沿之间的时间为t₁,关闭计时器闸门后出现的流速脉冲信号前沿之间的时间为t₂。则取测流历时Ts=T-t₁+t₂。这时,测流历时为流速传感器转动周期的整数倍,消除计数法测流速中的一个信号之差所造成的误差,提高了测量精度。

　　1.3　计数原理

　　通常的计数大都是采用专门的计数电路来完成。八路计数就得用8套计数电路来完成,这显然是不现实的,不仅增加了成本,而且提高了仪器的故障率。我们采用查询8路流速仪传感器电位的方式来进行计算,即将8路流速仪传感器的电位同时一次采入,逐点与上次采入的电位进行比较,查询到电位是从低电平到高电平,则计加一次。流速仪对全通道的测试要完成选通、采样、电位比较,存贮、计数等,完成这么一个循环所需的时间为巡测周期。这个时间的大小是由上述指令的长短以及CPU的速度(机器周期)所决定,只要巡测周期远远小于最大流速状况下信号脉冲的脉宽,就可保证测计信号的可靠性和准确性。