基于CPLD的低功耗數(shù)字渦街流量計(jì)研究.pdf

1、渦街流量計(jì)因其介質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，無(wú)可動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在許多行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。而在低流速下，渦街測(cè)量就凸顯出了它的不足，渦街儀表系數(shù)呈現(xiàn)出明顯的非線性。傳統(tǒng)的渦街流量計(jì)采用模擬電路處理的方法，在正常流量范圍內(nèi)，渦街信號(hào)穩(wěn)定、測(cè)量準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性強(qiáng)；而在小流量時(shí)，雖然渦街信號(hào)仍可測(cè)，但由于儀表系數(shù)線性度變差，造成實(shí)際測(cè)量下限比較高，量程比小，一般僅為1：10。以單片機(jī)和DSP技術(shù)為核心的數(shù)字渦街流量計(jì)，在高端應(yīng)用中可有效擴(kuò)

2、展測(cè)量下限，但復(fù)雜程序算法引入的不可靠性、非實(shí)時(shí)性與器件高功耗的問(wèn)題，在一定程度上制約了它在低端領(lǐng)域的發(fā)展。 鑒于上述模擬與數(shù)字渦街流量計(jì)具有的優(yōu)勢(shì)以及存在的不足，課題提出基于CPLD的儀表系數(shù)修正方案。該方案采用了傳統(tǒng)的模擬渦街與CPLD主控芯片相結(jié)合的硬件結(jié)構(gòu)，運(yùn)用查找表的方法，對(duì)非線性渦街儀表系數(shù)進(jìn)行修正，以改善整個(gè)量程范圍內(nèi)的儀表線性度。在非線性曲線擬合方法上，分析比較了線性插值、三次樣條插值與最小二乘法三種常用方法，最

3、終采用三次樣條插值法進(jìn)行擬合，同時(shí)基于該曲線的擬合及修正方法，設(shè)計(jì)了查找表自動(dòng)生成與資源優(yōu)化的Matlab上位機(jī)程序。 本課題成功實(shí)現(xiàn)了低功耗設(shè)計(jì)，通過(guò)多種降耗措施，將系統(tǒng)整體電流降至3.48mA，實(shí)現(xiàn)了4～20mA兩線制電流輸出的功耗指標(biāo)。 該數(shù)字渦街系統(tǒng)在天津大學(xué)水流量實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該系統(tǒng)在提高精度的同時(shí)，降低了測(cè)量下限，克服了儀表系數(shù)的非線性，最終擴(kuò)展了量程比，量程比可達(dá)1：26.4。