基于線(xiàn)性霍爾傳感器的智能閥位變送器的設(shè)計(jì).pdf

1、工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化的三個(gè)方面——工藝參數(shù)檢測(cè)、計(jì)算與控制、調(diào)節(jié)與執(zhí)行分別是由檢測(cè)儀表、DCS控制系統(tǒng)、執(zhí)行器三類(lèi)工業(yè)自動(dòng)化儀表來(lái)完成的，并稱(chēng)為三大工業(yè)自動(dòng)化基礎(chǔ)裝備，其技術(shù)水平已成為流程工業(yè)發(fā)展的決定性因素之一，深刻地影響著生產(chǎn)的質(zhì)量、效率、安全、和環(huán)保。以控制閥為主體的執(zhí)行器通過(guò)調(diào)節(jié)介質(zhì)流量以控制工藝參數(shù)，是整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中必備的重要的終端執(zhí)行儀表，其對(duì)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)的優(yōu)劣、安全平穩(wěn)運(yùn)行具有很大的影響。目前國(guó)內(nèi)執(zhí)行器技術(shù)水平非常落后，已

2、成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的制約瓶頸，國(guó)內(nèi)所需求的中高端智能執(zhí)行器幾乎全部依賴(lài)進(jìn)口，已引起國(guó)家高度重視。執(zhí)行器的控制中存在一個(gè)重要的問(wèn)題，就是閥桿位移即閥位的精確實(shí)時(shí)測(cè)量。由于執(zhí)行器安裝在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)常工作在振動(dòng)、高低溫等惡劣的室外環(huán)境下，正行程和反行程運(yùn)動(dòng)頻繁，并且由于閥門(mén)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)型號(hào)規(guī)格多要求閥位測(cè)量范圍大，所以需要研究開(kāi)發(fā)一種通用的閥位測(cè)量裝置即智能閥位變送器。它必須滿(mǎn)足如下一些要求：1.非接觸式，即閥位變送器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥桿之間無(wú)連

3、接，以隔離現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境并達(dá)到無(wú)磨損和抗干擾能力強(qiáng)；2.大量程，實(shí)現(xiàn)從0～160mm的測(cè)量范圍，以適應(yīng)各種型號(hào)規(guī)格的執(zhí)行器應(yīng)用；3.低功耗，由于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量變送器要求從環(huán)路獲取電源，所以包括傳感器在內(nèi)整個(gè)變送器必須是低功耗的；4.高精度低價(jià)格的標(biāo)準(zhǔn)變送器，采用4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)路信號(hào)輸出，這使得各種儀表和裝置具有兼容性和互換性。目前，國(guó)外許多公司已推出智能型閥位變送器，而我國(guó)在這方面目前還是空白，因此研究和開(kāi)發(fā)智能型變送器具有重要的意義。

4、>　　 本課題的主要內(nèi)容是研究設(shè)計(jì)一個(gè)滿(mǎn)足上述要求的智能閥位變送器。該閥位變送器的主要作用是測(cè)量閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥桿上下運(yùn)動(dòng)時(shí)的位移，經(jīng)過(guò)非線(xiàn)性處理，計(jì)算出位移的百分比，并轉(zhuǎn)換成4～20mA標(biāo)準(zhǔn)環(huán)路電流輸出。
　　 論文主要完成了以下工作：
　　 1.研究了傳感器、變送器以及智能變送器的特點(diǎn)和發(fā)展歷程；分析了閥門(mén)定位器的工作原理；探討了幾種常用的位移測(cè)量方法，最終結(jié)合本課題實(shí)際應(yīng)用情況，選用線(xiàn)性霍爾傳感器作為非接觸式位移測(cè)

5、量傳感器A1391。
　　 2.詳細(xì)研究了線(xiàn)性霍爾傳感器芯片A1391的工作原理，介紹了推薦的常規(guī)線(xiàn)性測(cè)量方案，并自行設(shè)計(jì)了兩套新的測(cè)量方案，根據(jù)本課題的要求和實(shí)際應(yīng)用要求，分析確定了一種自行設(shè)計(jì)的非線(xiàn)性測(cè)量方案，設(shè)計(jì)了一套測(cè)量機(jī)構(gòu)，并且詳細(xì)介紹了該機(jī)構(gòu)的測(cè)量原理和方法。
　　 3.在深入分析了測(cè)量原理的基礎(chǔ)上，獨(dú)立設(shè)計(jì)出了智能閥位變送器。該變送器包括軟、硬件兩部分。硬件主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大、A/D、D/A 轉(zhuǎn)換等功能，軟件

6、主要實(shí)現(xiàn)采樣、非線(xiàn)性處理、閥位百分比計(jì)算和液晶顯示功能。
　　 本論文設(shè)計(jì)的智能閥位變送器，硬件方面的設(shè)計(jì)都滿(mǎn)足低功耗的要求，每部分的電路都給出了具體的實(shí)現(xiàn)方法、需要注意的問(wèn)題；在深入研究了不同情況下閥位百分比的不同理論計(jì)算方法后，編寫(xiě)代碼，實(shí)現(xiàn)閥位百分比的計(jì)算；利用定時(shí)采樣，使得整個(gè)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)檢測(cè)閥位；最后，為了便于觀察，要將此百分比信號(hào)送入LCD顯示出來(lái)，并轉(zhuǎn)換成工業(yè)上統(tǒng)一的4～20mA 標(biāo)準(zhǔn)環(huán)路電流輸出。最終測(cè)試結(jié)果表明，