基于uC/OS-Ⅱ的齿轮流量计二次仪表的设计

　　引言

　　随着工业生产和技术的不断发展, 流量测量的对象越来越多, 精度要求也越来越高, 新的测量方法和测试仪器也不断涌现。但依据信号输出类型, 各种流量计总是可分为开方式模拟量输出流量计、线性模拟量输出流量计、脉冲式输出流量计。例如, 差压式流量计属于开方式模拟量输出流量计, 流量同输出信号的开方成线性关系; 线性模拟量输出流量计有电磁流量计、质量流量计、旋进漩涡式流量计等, 这些流量计的输出信号与流量成线性关系; 脉冲式输出流量计包括容积式流量计、涡轮流量计、涡街流量计、插入式流量计等, 这些流量计的发信器输出脉冲信号, 一个脉冲代表一定体积的流量。

　　对于不同信号类型输出的流量计, 二次显示仪表的测量原理都是不一样的。例如: 线性模拟量输出流量计, 二次仪表测量模拟量( 如 4- 20mA) 信号, 经过线性转换之后就得到瞬时流量, 然后根据瞬时流量进行累积运算; 对于开方式模拟量输出流量计的测量, 需要在模拟量的测量后增加开方运算, 开方后经过线性转换得到瞬时流量, 再根据瞬时流量进行累积运算。从这两种流量计的测量方法可以看出, 二次显示仪表从一次表获得的参数只有瞬时流量, 而累积流量是二次表内部对瞬时流量的积分运算后得到的, 即dt, 式中: M为累积流量; Ft为瞬时流量。对于脉冲式输出流量计, 二次表通过测量脉冲频率, 经过线性转换后得到瞬时流量, 而对于累积流量的测量, 也可以通过对瞬时流量的积分运算获得。

　　本文针对脉冲式输出流量计的特点, 提出一种以LPC2119 处理器为核心, 以uC/OS- II 嵌入式操作系统为软件平台, 可以自动调零, 线性化, 补偿环境因素变化, 并配以LED 显示并具有超量程报警输出, 具有CAN总线输出接口的智能型脉冲式输出流量计专用二次仪表, 实物如左侧图1 所示。

　　1 频率测量方法

　　脉冲式输出流量计的脉冲频率一般在10KHz 以内, 如涡街流量计输出频率为0- 5KHz, 容积式流量计更小, 一般只有几百Hz, 甚至几十Hz。流量计输出脉冲一般不是很均匀的脉冲, 例如容积式流量计( 又称定排量流量计, 简称 PD 流量计), 利用机械测量元件将流体连续不断地分割成单个已知的体积部分, 根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量, 其内部测量元件的转动通过磁性密封联轴器及传动齿轮减速机构传递给计数器,并附加发信装置输出脉冲信号, 由于机械传动部分不可避免地存在输出脉动和噪音, 在一个转动周期内,脉冲的分布不均匀。对于这样的脉冲信号, 就需要有一种合适的频率测量方法来提高测量精度和响应速度, 并解决瞬时流量的跳动和抗干扰问题。