CN109269603A - 一种基于流量传感器的系数标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于流量传感器的系数标定方法，在流量传感器的内部嵌入一个全部由电阻电路组成的系数标定组合件，根据每个电阻分支的电压值推算出其内部每一个电阻的规格大小；所述流量传感器包括公共端和系数输出端，公共端接入外部的电压激励信号，系数输出端根据系数精度需求分为多个分支输出直流电压信号；将直流电压信号输送到电压调理电路以及模数转换电路计算后得到相应的电压值，从而推导出所述流量传感器的标定系数值K。本发明只需要在原有的流量传感器内部增加一个系数标定组合件，该组合件通过几个简单的电阻组合而成，利用激励电压激励该系数标定组合件，将K系数通过硬件的方式固化在该流量传感器本身，保证了产品的易用性。

Description

一种基于流量传感器的系数标定方法

技术领域

本发明涉及飞机、汽车、轮船发动机管路上的流量传感器的系数标定技术领域，具体的说，是一种基于流量传感器的系数标定方法。

背景技术

19世纪中叶，从节流式流量计开始，人们逐渐建立了近代流量计的理论基础。现代各类流量计也相继出现。如商用的水表、煤气表和文丘里管差压式流量计等。20世纪20～30年代，又出现了孔板和喷嘴差压式流量计、浮子流量计、容积式流量计。20世纪50年代以后，随着电子技术、材料和加工技术的飞跃发展，如涡轮式、电磁式、超声式和涡街式流量计等。20世纪70年代后期，又出现了科里奥利质量流量计。为了解决不同条件下各种不同被测介质的流量测量，至今已发展了种类繁多的流量仪表，一般可分为十大类：①差压式流量计，②浮子式流量计，③容积式流量计，④叶轮(涡轮)式流量计，⑤电磁式流量计，⑥流体振荡式，⑦超声流量计，⑧热式流量计，⑨科里奥利质量流量计，⑩明渠(或非满管)式流量计。

我国开展近代流量测量技术的工作较晚，早起所需流量仪表均从国外进口，60年代开始有了涡轮流量计和电磁式流量计等本国产品。本发明主要针对涡轮式流量传感器的一种系数标定方法，涡轮式流量传感器内部设置有互为角度的叶轮结构，由于叶轮的叶片与流向有一定角度，流体的冲力使叶片具有转动力矩，克服摩擦力矩和流体阻力之后页面旋转，在力矩平衡后转速稳定。在一定条件下，转速与流速成正比，由于页面有导磁性，它处于永久磁线圈中间，旋转的叶片切割磁力线，周期性的改变线圈的磁通量，从而使线圈两端感应出电脉冲信号，在一定的流量范围内，与流经传感器的流体的瞬时流量Q与脉冲频率F成正比，其比值就为仪表系数K。

仪表系数K为单位体积流体流过流量计时，流量计发出的信号脉冲数，或单位体积流量流过流量计时，流量计发出的信号脉冲数。其计算式为：

式(1)中，K是流量计的仪表系数(1/L或1/m³)；N是流量计发出的信号脉冲数(次)；V是通过流量计的流体体积(m³)；f是流量计发出的脉冲频率(Hz)；q^v是通过流量计的体积流量(m³/s)。

仪表系数K是脉冲频率型流量计流量特性的主要参数，它由流量测量校验装置标定而得到，但由于每一只流量传感器的仪表系数都不一样，我们通常的做法是在程序里面将K系数写入。但这样每一只流量传感器都会配备专门的测量转化装置，或者在进行大量的数据累计后选择一个平均数据，写入到测量转换装置中，这样能后让测量转换装置的一致性得到保证，但会降低测量的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于流量传感器的系数标定方法，旨在提供一种简单、可靠、通用性强的流量传感器系数标定的方法，用以解决软件标定系数带来的一致性和维护性的问题。在流量传感器的内部嵌入一种系数标定组合件，所述系数标定组合件的电路全部由电阻电路组成，电阻的规格选择依据每个流量传感器的已知标定系数K及表1“系数-电压对照表”，根据系数标定组合件中每个分支的电压值的要求推算出内部每一个电阻的规格大小。

所述系数标定组合件包括公共端和系数输出端，其公共端接入外部的电压激励信号，系数输出端可以根据K系数精度要求分为多个分支，每个分支输出均为直流电压信号，从而可以自动推导出该流量传感器的标定系数值，无需在测量转换软件中写入标定系数，只需要更改系数标定组合件中电阻，通过硬件更改实现流量传感器在不同测量环境下的互换性和自适应测量的要求。

本发明通过下述技术方案实现：一种基于流量传感器的系数标定方法，在流量传感器的内部嵌入一个全部由电阻电路组成的系数标定组合件，根据每个电阻分支的电压值推算出其内部每一个电阻的规格大小；所述流量传感器包括公共端和系数输出端，公共端接入外部的电压激励信号，系数输出端根据系数精度需求分为多个分支输出直流电压信号；将直流电压信号输送到电压调理电路以及模数转换电路计算后得到相应的电压值，从而推导出所述流量传感器的标定系数值K。

进一步地，为了更好的实现本发明，具体包括以下步骤：

步骤F1：将系数标定组合件安装在流量传感器内部，并通过线束将系数标定组合件的电压输出到流量传感器的电压输出连接器上；

步骤F2：流量传感器后端的模数转换电路通过电压输出连接器采集系数标定组合件输出的电压值，将其转换为数字量信号由CPU采集；

步骤F3：CPU根据数字量电压信号设置不同的公式表达K系数，并根据公式解算K系数，将K系数固化在流量传感器内部。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述系数标定组合件的电压输出分为四路，分别为高流量点K系数数据的整数部分、高流量点K系数数据的小数部分、低流量点K系数数据的整数部分、低流量点L系数数据的小数部分；

四路电压输出的电压范围为0～4.5V，对应K系数1～99的整数数据，将K系数的数据格式表示为00.00～99.99。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述流量传感器的系数标定组合件全部由电阻电路组成，包括电阻R1～电阻R12；所述电阻R1、电阻R2并联输出DEN_K0A，电阻R3、电阻R4并联输出DEN_K0B，电阻R9、电阻R10并联输出DEN_K0C，电阻R5、电阻R6并联输出DEN_K2A、电阻R7、电阻R8并联输出DEN_K2B，电阻R11、电阻R12并联输出DEN_K2C，总线输出DEN_RETURE；

其中DEN_K0A表示该流量传感器低流量点K系数数据的整数部分电压值，DEN_K0B表示低流量点K系数数据的小数部分电压值，DEN_K2A表示该流量传感器高流量点K系数数据的整数部分电压值，DEN_K2B表示该流量传感器高流量点K系数数据的小数部分电压值，DEN_K0C、DEN_K2C为备用电压值，DEN_RETURE为接地端。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述CPU根据数字量电压信号设置不同的公式表达K系数具体是指：

当流量传感器的K系数<100时，设所述低流量点K系数数据的整数部分对应的输出电压基本值为0.75V，其电压范围值为0.739～0.769V，则对应的K系数数值为8，记为K1；

所述低流量点K系数数据的小数部分对应的输出电压基本值为1.932V，其电压范围值为1.917～1.947V，则对应的K系数数值为39，记为K2；

则该流量传感器的低流量点K系数为：

K＝K1/10⁰+K2/10²+K3/10⁴+... (公式1)

即：

K＝8+39/100＝8.39 (2)

高流量点K系数同理依照公式1计算；

当流量传感器的K系数>100时，将K系数的小数部分对应的输出电压基本值表示为整数部分低两位，K系数的整数部分对应的输出电压基本值表示为整数部分高两位，K系数对应的输出电压基本值表示为K系数的小数部分，则该流量传感器的K系数为：

K＝K1*10²+K2+K2/10²... (公式2)

按照公式1和公式2的方法，可设置不同公式表达K系数，从而通过电压输出的方式将K系数固化在每个流量传感器内部。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述流量传感器还包括电压调理电路，用于为系数标定组合件提供激励以及采集电压输出连接器的反馈电压；所述电压调理电路的输入端与系数标定组合件的输出端连接，输出端与电压输出连接器的输入端连接；

所述电压调理电路包括线性稳压器D1、电阻R13～电阻R20；所述线性稳压器接入15V电压，输出稳压电压4.5V；该稳压电压分别连接到电阻R13、电阻R15、电阻R17、电阻R19的一端，另一端接入系数标定组合件输出的DEN_K0A、DEN_K0B、DEN_K2ADEN_K2B，同时依次接入电阻R14、电阻R16、电阻R18、电阻R20作为限流电阻，最后依次输出并推算出调理后的电压值COEFF_K0A、COEFF_K0B、COEFF_K2A、COEFF_K2B。

进一步地，为了更好的实现本发明，推算所述调理后的电压值COEFF_K0A具体是指：由系数标定组合件上的电阻R1、电阻R2和电压调理电路的R13组成分压电路，总电压为4.5V，有：

U＝4.5*R1*R2/(R1+R2)/(R1*R2/(R1+R2)+R13) (公式3)

根据公式3可推算出COEFF_K0A的电压值U。

进一步地，为了更好的实现本发明，将流量传感器K系数对应的电压值带入公式3中，同时令R1＝R2，设置一个合理的R13，则可计算出系数标定组合件中电阻R1和电阻R2的值，从而将K系数通过硬件电阻的方式记录到该流量传感器中。

工作原理：

将系数标定组合件安装在流量传感器内部，并通过线束将系数标定组合件的电压输出到流量传感器的电压输出连接器上；流量传感器后端的模数转换电路通过电压输出连接器采集系数标定组合件输出的电压值，将其转换为数字量信号由CPU采集；CPU根据数字量电压信号设置不同的公式表达K系数，并根据公式解算K系数，将K系数固化在流量传感器内部。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明与流量标定系数K软件写入法相比，无需对每只不同的产品进行软件K系数的写入，保证了软件的一致性，只需要在原有的流量传感器内部增加一个系数标定组合件，该组合件通过几个简单的电阻组合而成，利用激励电压激励该系数标定组合件，后端的信号转换单元通过采集反馈电压确定该流量传感器的K系数，即将K系数通过硬件的方式固化在该流量传感器本身，保证了产品的互换性和易用性；

(2)本发明与将CPU电路融入通用流量传感器的智能式传感器方法比，智能式传感器是将CPU电路融合到通用流量传感器中，同时将标定系数K写入到CPU中，功能复杂，可靠性降低，本发明无需将复杂的CPU电路加到流量传感器中，只需要在原有的组合件上增加一个简单的电阻电路组成，就可以将K系数固化后传递到上位机***去进行采集和应用，可移植性好，可靠性高；

(3)本发明与上述原理的共同特性，即与标定系数K软件写入法相比或是通用流量传感器的智能式传感器方法相比，本发明还可以弥补涡轮式流量传感器无法进行开路故障的技术问题，通过判断流量传感器内部增加的电阻组合电阻的输出电压，判断该流量传感器是否开路；

(4)本发明在传统的流量传感器的基础上，增加标定K系数组合电路，该电路由简单的电阻网络组成，将不同的流量传感器的K系数固化在电阻网络中，由上一级的信号转换装置采集该电阻网络，并还原该K系数值，达到一致性和可移植的要求，同时根据该网络电阻的开路故障，可以判断流量传感器的开路故障状态，解决了该类型传感器无法判断开路故障的缺陷。

附图说明

图1为本发明的流量传感器原理示意图；

图2为本发明的系数标定组合件的电路原理图；

图3为本发明的电压调理电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

表1为系数-电压解算对照表；

表1

实施例1：

本发明通过下述技术方案实现，如图1-图3所示，一种基于流量传感器的系数标定方法，在流量传感器的内部嵌入一个全部由电阻电路组成的系数标定组合件，根据每个电阻分支的电压值推算出其内部每一个电阻的规格大小；所述流量传感器包括公共端和系数输出端，公共端接入外部的电压激励信号，系数输出端根据系数精度需求分为多个分支输出直流电压信号；将直流电压信号输送到电压调理电路以及模数转换电路计算后得到相应的电压值，从而推导出所述流量传感器的标定系数值K。

需要说明的是，通过上述改进，本发明提出一种基于流量传感器的系数标定方法，旨在提供一种简单、可靠、通用性强的流量传感器系数标定的硬件方法，用以解决软件标定系数带来的一致性和维护性的问题。本发明通过下述技术方案予以实现：在流量传感器的内部嵌入一种系数标定组合件，所述系数标定组合件的电路全部由电阻电路组成，电阻的规格选择依据每个流量传感器的已知标定系数K及表1“系数-电压对照表”，根据系数标定组合件中每个分支的电压值的要求推算出内部每一个电阻的规格大小。

所述系数标定组合件包括公共端和系数输出端，如图2所示，其公共端接入外部的电压激励信号，系数输出端可以根据K系数精度要求分为多个分支，每个分支输出均为直流电压信号，从而可以自动推导出该流量传感器的标定系数值，无需在测量转换软件中写入标定系数，只需要更改系数标定组合件中电阻，通过硬件更改实现流量传感器在不同测量环境下的互换性和自适应测量的要求。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例2：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1-图3所示，具体包括以下步骤：

步骤F1：将系数标定组合件安装在流量传感器内部，并通过线束将系数标定组合件的电压输出到流量传感器的电压输出连接器上；

步骤F2：流量传感器后端的模数转换电路通过电压输出连接器采集系数标定组合件输出的电压值，将其转换为数字量信号由CPU采集；

步骤F3：CPU根据数字量电压信号设置不同的公式表达K系数，并根据公式解算K系数，将K系数固化在流量传感器内部。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1-图3所示，所述系数标定组合件的电压输出分为四路，分别为高流量点K系数数据的整数部分、高流量点K系数数据的小数部分、低流量点K系数数据的整数部分、低流量点L系数数据的小数部分；四路电压输出的电压范围为0～4.5V，对应K系数1～99的整数数据，将K系数的数据格式表示为00.00～99.99；

如图2所示，所述流量传感器的系数标定组合件全部由电阻电路组成，包括电阻R1～电阻R12；所述电阻R1、电阻R2并联输出DEN_K0A，电阻R3、电阻R4并联输出DEN_K0B，电阻R9、电阻R10并联输出DEN_K0C，电阻R5、电阻R6并联输出DEN_K2A、电阻R7、电阻R8并联输出DEN_K2B，电阻R11、电阻R12并联输出DEN_K2C，总线输出DEN_RETURE。并联的电阻可以调整阻值，从而改变系数K的值，本设计只需要更换系数标定组合件中的电阻即可，无需更换整个系数标定组合件。

其中DEN_K0A表示该流量传感器低流量点K系数数据的整数部分电压值，DEN_K0B表示低流量点K系数数据的小数部分电压值，DEN_K2A表示该流量传感器高流量点K系数数据的整数部分电压值，DEN_K2B表示该流量传感器高流量点K系数数据的小数部分电压值，DEN_K0C、DEN_K2C为备用电压值，DEN_RETURE同后级电压调理电路作为供地段。

需要说明的是，通过上述改进，四路电压输出的电压范围为0～4.5V，按照表1的对照数据，分别代表K系数值1-99的整数数据，故其K系数的数据格式可以表示为00.00～99.99，如果需要扩展小数位数精度，如图2所示，其预留的另外两路备用电压输出DEN_K0C、DEN_K2C可以扩展其数据精度。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1-图3所示，所述CPU根据数字量电压信号设置不同的公式表达K系数具体是指：

当流量传感器的K系数<100时，设所述低流量点K系数数据的整数部分对应的输出电压基本值为0.75V，根据表1所示，其电压范围值为0.739～0.769V，则对应的K系数数值为8，记为K1；

所述低流量点K系数数据的小数部分对应的输出电压基本值为1.932V，其电压范围值为1.917～1.947V，则对应的K系数数值为39，记为K2；

则该流量传感器的低流量点K系数为：

K＝K1/10⁰+K2/10²+K3/10⁴+... (公式1)

即：

K＝8+39/100＝8.39 (2)

高流量点K系数同理依照公式1计算；

当流量传感器的K系数>100时，则需要将K系数的小数部分对应的输出电压基本值表示为整数部分低两位，K系数的整数部分对应的输出电压基本值表示为整数部分高两位，K系数对应的输出电压基本值表示为K系数的小数部分，则该流量传感器的K系数为：

K＝K1*10²+K2+K2/10²... (公式2)

按照公式1和公式2的方法，可设置不同公式表达K系数，从而通过电压输出的方式将K系数固化在每个流量传感器内部。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1-图3所示，所述流量传感器还包括电压调理电路，用于为系数标定组合件提供激励以及采集电压输出连接器的反馈电压；所述电压调理电路的输入端与系数标定组合件的输出端连接，输出端与电压输出连接器的输入端连接；

所述电压调理电路包括线性稳压器D1、电阻R13～电阻R20；所述线性稳压器接入15V电压，输出稳压电压4.5V；该稳压电压分别连接到电阻R13、电阻R15、电阻R17、电阻R19的一端，另一端接入系数标定组合件输出的DEN_K0A、DEN_K0B、DEN_K2ADEN_K2B，同时依次接入电阻R14、电阻R16、电阻R18、电阻R20作为限流电阻，最后依次输出并推算出调理后的电压值COEFF_K0A、COEFF_K0B、COEFF_K2A、COEFF_K2B。

推算所述调理后的电压值COEFF_K0A具体是指：由系数标定组合件上的电阻R1、电阻

R2和电压调理电路的R13组成分压电路，总电压为4.5V，有：

U＝4.5*R1*R2/(R1+R2)/(R1*R2/(R1+R2)+R13) (公式3)

根据公式3可推算出COEFF_K0A的电压值U，其余通道的输出电压值计算方法与公式3相同，依次类推，不再对其进行赘述。

将流量传感器K系数对应的电压值带入公式3中，同时令R1＝R2，设置一个合理的R13，则可计算出系数标定组合件中电阻R1和电阻R2的值，从而将K系数通过硬件电阻的方式记录到该流量传感器中。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于流量传感器的系数标定方法，其特征在于：在流量传感器的内部嵌入一个全部由电阻电路组成的系数标定组合件，根据每个电阻分支的电压值推算出其内部每一个电阻的规格大小；所述流量传感器包括公共端和系数输出端，公共端接入外部的电压激励信号，系数输出端根据系数精度需求分为多个分支输出直流电压信号；将直流电压信号输送到电压调理电路以及模数转换电路计算后得到相应的电压值，从而推导出所述流量传感器的标定系数值K。

2.根据权利要求1所述的一种基于流量传感器的系数标定方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤F1：将系数标定组合件安装在流量传感器内部，并通过线束将系数标定组合件的电压输出到流量传感器的电压输出连接器上；

步骤F2：流量传感器后端的模数转换电路通过电压输出连接器采集系数标定组合件输出的电压值，将其转换为数字量信号由CPU采集；

步骤F3：CPU根据数字量电压信号设置不同的公式表达K系数，并根据公式解算K系数，将K系数固化在流量传感器内部。

3.根据权利要求2所述的一种基于流量传感器的系数标定方法，其特征在于：所述系数标定组合件的电压输出分为四路，分别为高流量点K系数数据的整数部分、高流量点K系数数据的小数部分、低流量点K系数数据的整数部分、低流量点L系数数据的小数部分；

四路电压输出的电压范围为0～4.5V，对应K系数1～99的整数数据，将K系数的数据格式表示为00.00～99.99。

4.根据权利要求3所述的一种基于流量传感器的系数标定方法，其特征在于：所述流量传感器的系数标定组合件全部由电阻电路组成，包括电阻R1～电阻R12；所述电阻R1、电阻R2并联输出DEN_K0A，电阻R3、电阻R4并联输出DEN_K0B，电阻R9、电阻R10并联输出DEN_K0C，电阻R5、电阻R6并联输出DEN_K2A、电阻R7、电阻R8并联输出DEN_K2B，电阻R11、电阻R12并联输出DEN_K2C，总线输出DEN_RETURE；

其中DEN_K0A表示该流量传感器低流量点K系数数据的整数部分电压值，DEN_K0B表示低流量点K系数数据的小数部分电压值，DEN_K2A表示该流量传感器高流量点K系数数据的整数部分电压值，DEN_K2B表示该流量传感器高流量点K系数数据的小数部分电压值，DEN_K0C、DEN_K2C为备用电压值，DEN_RETURE为接地端。

5.根据权利要求4所述的一种基于流量传感器的系数标定方法，其特征在于：所述CPU根据数字量电压信号设置不同的公式表达K系数具体是指：

当流量传感器的K系数<100时，设所述低流量点K系数数据的整数部分对应的输出电压基本值为0.75V，其电压范围值为0.739～0.769V，则对应的K系数数值为8，记为K1；

所述低流量点K系数数据的小数部分对应的输出电压基本值为1.932V，其电压范围值为1.917～1.947V，则对应的K系数数值为39，记为K2；

则该流量传感器的低流量点K系数为：

K＝K1/10⁰+K2/10²+K3/10⁴+...(公式1)

即：

K＝8+39/100＝8.39 (2)

高流量点K系数同理依照公式1计算；

当流量传感器的K系数>100时，将K系数的小数部分对应的输出电压基本值表示为整数部分低两位，K系数的整数部分对应的输出电压基本值表示为整数部分高两位，K系数对应的输出电压基本值表示为K系数的小数部分，则该流量传感器的K系数为：

K＝K1*10²+K2+K2/10²...(公式2)

按照公式1和公式2的方法，可设置不同公式表达K系数，从而通过电压输出的方式将K系数固化在每个流量传感器内部。

6.根据权利要求5所述的一种基于流量传感器的系数标定方法，其特征在于：所述流量传感器还包括电压调理电路，用于为系数标定组合件提供激励以及采集电压输出连接器的反馈电压；所述电压调理电路的输入端与系数标定组合件的输出端连接，输出端与电压输出连接器的输入端连接；

所述电压调理电路包括线性稳压器D1、电阻R13～电阻R20；所述线性稳压器接入15V电压，输出稳压电压4.5V；该稳压电压分别连接到电阻R13、电阻R15、电阻R17、电阻R19的一端，另一端接入系数标定组合件输出的DEN_K0A、DEN_K0B、DEN_K2ADEN_K2B，同时依次接入电阻R14、电阻R16、电阻R18、电阻R20作为限流电阻，最后依次输出并推算出调理后的电压值COEFF_K0A、COEFF_K0B、COEFF_K2A、COEFF_K2B。

7.根据权利要求6所述的一种基于流量传感器的系数标定方法，其特征在于：推算所述调理后的电压值COEFF_K0A具体是指：由系数标定组合件上的电阻R1、电阻R2和电压调理电路的R13组成分压电路，总电压为4.5V，有：

U＝4.5*R1*R2/(R1+R2)/(R1*R2/(R1+R2)+R13) (公式3)

根据公式3可推算出COEFF_K0A的电压值U。

8.根据权利要求7所述的一种基于流量传感器的系数标定方法，其特征在于：将流量传感器K系数对应的电压值带入公式3中，同时令R1＝R2，设置一个合理的R13，则可计算出系数标定组合件中电阻R1和电阻R2的值，从而将K系数通过硬件电阻的方式记录到该流量传感器中。