[发明专利]抗高温数字式两线制HART智能涡街流量计

摘要

本发明涉及流量检测领域，为一种抗高温数字式两线制HART智能涡街流量计，包括抗高温涡街流量传感器、第一级电荷放大器、第二级电荷放大器、第一级低通滤器、第二级低通滤波器、电压跟随器、稳压管、数字电源管理电路、模拟电源管理电路、电流环及HART电路、数字隔离电路、单片机、时钟管理、复位电路、电源监测、键盘、液晶显示、温压补偿单元。采用两级电荷放大器再加两级低通滤波器的信号调理电路，解决抗高温涡街流量传感器灵敏度低的问题。采用两路平行电源分别给模拟电路和数字电路供电，解决单片机进行FFT运算时功耗较大与两线制HART智能涡街流量计要求系统消耗电流低于3.5mA之间的矛盾。本发明在量程比、测量精度和抗干扰能力方面均有大幅度提高。

主权项

1.抗高温数字式两线制HART智能涡街流量计,包括单片机、时钟管理、复位电路、电源监测、键盘、液晶显示、温压补偿单元，还包括抗高温涡街流量传感器、第一级电荷放大器、第二级电荷放大器、第一级低通滤器、第二级低通滤波器、电压跟随器、稳压管、电流环及HART电路、数字隔离电路、数字电源管理电路、模拟电源管理电路，其特征在于：所述第一级电荷放大器和第二级电荷放大器组成一个两级电荷放大器，第一级低通滤器和第二级低通滤波器组成一个两级低通滤波器；所述两级电荷放大器、两级低通滤波器和电压跟随器构成信号调理电路；所述信号调理电路中：所述两级电荷放大器中的第一级电荷放大器由放大器U1A、电容C1、C2、C6、电阻R1、R2、R3、R6、R7、退耦电容C5、C8组成，其中电容C1、C2是反馈电容，决定第一级电荷放大器的放大倍数；第二级电荷放大器由放大器U1B、电容C3、C4、C7、电阻R4、R5、R8组成，其中电容C3、C4是反馈电容，决定第二级电荷放大器的放大倍数；第二级电荷放大器和第一级电荷放大器虽然采用相同的拓扑结构，但是其参数存在很大的差异；第二级电荷放大器等效为一个有源带通滤波器，第二级电荷放大器主要对第一级电荷放大器输出信号中的涡街流量信号进行放大，对小流量时的涡街流量信号进行最大倍数的放大；所述两级低通滤波器中的第一级低通滤波器由放大器U2A、电容C9、C12、电阻R9、R11、R12、R15、退耦电容C14组成；第二级低通滤波器由放大器U2B、电容C10、C13、电阻R10、R13、R14、R16组成；电压跟随器由放大器U2C构成；所述稳压管串联在电流环上，通过稳压管和隔离型DC/DC从电流环上取电，不影响电流环上HART通讯的正弦波信号，保证了HART通讯的正常工作；所述数字电源管理电路和模拟电源管理电路产生两路平行电源，分别给模拟电路和数字电路供电；工作时，抗高温涡街流量传感器输出的电荷信号经过第一级电荷放大器转变为电压信号；由于抗高温涡街流量传感器输出信号的幅值比普通涡街流量传感器输出信号的幅值小两个以上数量级，所以，采用再经过一级电荷放大器的方法，将信号再次放大；然后，经过两级低通滤波器和电压跟随器后由单片机(MCU)的ADC采样和转换，变成数字量；单片机(MCU)对信号进行FFT运算，得到准确的涡街流量信号频率值；单片机(MCU)根据频率计算结果，在液晶上显示出流量信息，并由单片机(MCU)的SPI(串行外设接口)总线和UART总线通过数字隔离电路连接到电流环及HART电路，将计算出来的流量信息转换成相应的4‑20mA电流信号输出以及与上位机进行HART通讯。