用计时-计频方式精确测量涡街流量计信号

　　0　引言

　　涡街流量计是根据“卡门涡街”原理研制的一种流量测量传感器,由于该传感器具有测量精度高、可靠性好、使用寿命长等优点,在流量测量中已得到了广泛的应用.该传感器与二次仪表配套可组成一套流量计量装置,对此,要提高整套装置的测量精度,很重要的一个环节在于二次仪表对流量计信号的精确测量.介绍了一种基于AT89C51单片机【1】,用计时与计频方式相结合精确获取流量计信号的有效方法.

　　1　涡街流量计测量原理

　　1.1　计时方法和计频方法介绍

　　涡街流量计把流量信号转换成与流量成正比的脉冲频率信号,其流量与脉冲频率之间的关系如下:

　　Q=F×3600/K

　　其中:Q———体积流量(m²/h)

　　K———仪表常数(1/m³)

　　F———流量计输出的脉冲频率(1/s)

　　表1示出了LUGB型涡街流量计对不同的介质和管径在测量流量时所对应的输出频率范围,可见其频率基本处于中、低频段.其频率测量通常采用定时采集信号脉冲数的方法(计时方法),这种方法对较高的频率采集精度高,但对低频却产生较大的误差,而从表1可以看出,LUGB型涡街流量计输出脉冲信号频率大都处于低频段,甚至处于甚低频段,仅仅采用通常的计时方法一定会造成整套仪表的测量精度下降,所以,我们又采取了一种以信号脉冲周期为时间闸门采集时标频率的测频方法(计频方法)【2】,这种方法对于低频信号可提高测量精度.以上两种方法所遵循的公式为:

　　F=N/T

　　其中:F———频率(1/s);

　　N———传感器输出脉冲数;

　　T———时间(s).

　　当采用计时方法时,由AT89C51内部中断方式实现时间定时,在定时时间内采集信号脉冲数;当采用计频方法时,由信号脉冲实现AT89C51的外部中断,在两次中断之间(时间闸门)对AT89C51的内部时标脉冲进行采集,这样正好在一个信号周期内(N=1)根据采集到的时标脉冲数确定出时间,从而计算出信号频率.

　　1.2　两种测频方法的误差比较

　　在采用计时方法和计频方法时,一个采样周期最大的误差是两个脉冲个数,对计时方法而言是指2个外部信号脉冲;对计频方法而言是指2个内部时标脉冲【3】,如图1和图2所示。

　　由以上分析,可求出计时方法的相对误差EJS为:

　　其中:ΔN是在定时时间内采集外部信号脉冲数时产生的计数误差.

　　在此又可求出计频方法的相对误差EJP为: