摘(zhai)要:智能(neng)差壓流(liu)量計 因(yin)結構簡(jian)單,操作(zuo)方便得(de)到廣泛(fan)應用。本(ben)文從流(liu)量的特(te)點入手(shou),結合節(jie)流裝置(zhi)的工作(zuo)特點，差(cha)壓流量(liang)計能實(shi)時當前(qian)流體的(de)質量流(liu)量和流(liu)體的密(mi)度,該流(liu)量計能(neng)廣泛應(ying)用于不(bu)同流體(ti)的質量(liang)流量測(ce)量,而且(qie)安裝和(he)設置方(fang)便,不同(tong)的流體(ti)隻有通(tong)過按鍵(jian)輸入流(liu)量系數(shu)和流體(ti)膨脹的(de)校正系(xi)數,按照(zhao)步驟安(an)裝好後(hou)就能實(shi)時顯示(shi)待測流(liu)體的流(liu)量。
　　流量(liang)是指單(dan)位時間(jian)内流過(guo)管道某(mou)截面液(ye)體的體(ti)積或質(zhi)量。流體(ti)的總量(liang)對于計(ji)量物質(zhi)的損耗(hao)與儲存(cun)等具有(you)重要的(de)意義,在(zai)日常生(sheng)活中常(chang)常要對(dui)一段時(shi)間内流(liu)過的液(ye)體量進(jin)行測量(liang),測量總(zong)量的儀(yi)表一般(ban)稱爲流(liu)體計量(liang)表或流(liu)量計。工(gong)業應用(yong)中,因不(bu)同流體(ti)的粘度(du)、導電性(xing).腐蝕性(xing)等不一(yi)樣，因此(ci)不同流(liu)體的測(ce)量方法(fa)也不盡(jin)相同,市(shi)場上爲(wei)了滿足(zu)不同流(liu)體的測(ce)量要求(qiu),流量計(ji)的種類(lei)也比較(jiao)多。流量(liang)計中差(cha)壓型流(liu)量計是(shi)使用量(liang)廣的一(yi)種流量(liang)計,廣泛(fan)應用于(yu)工礦企(qi)業、化工(gong)、天然氣(qi)等部門(men),該流量(liang)計具有(you)結構簡(jian)單、使用(yong)壽命長(zhang)、适應性(xing)強安裝(zhuang)方便等(deng)優點。本(ben)文主要(yao)以差壓(ya)流量計(ji)的設計(ji)與應用(yong)着手進(jin)行研究(jiu)和設計(ji)。
1測量方(fang)案與原(yuan)理
　　差壓(ya)式流量(liang)計又叫(jiao)節流式(shi)流量計(ji),它是利(li)用流體(ti)流經節(jie)流裝置(zhi)時産生(sheng)壓力差(cha)的原理(li)來實現(xian)流量測(ce)量的。在(zai)實際測(ce)量中，要(yao)利用節(jie)流裝置(zhi)把被測(ce)流體的(de)流量轉(zhuan)換成差(cha)壓信号(hao),主要原(yuan)因是安(an)裝在管(guan)道中節(jie)流裝置(zhi)使得連(lian)續流動(dong)的流體(ti)因流體(ti)流邇面(mian)積突然(ran)縮小而(er)形成流(liu)束收縮(suo)，使得流(liu)速加快(kuai),擠過節(jie)流孔後(hou),流速又(you)降低。由(you)能量守(shou)恒在節(jie)流件前(qian)後産生(sheng)壓力差(cha)(靜壓差(cha))△p=p1-p2,因是節(jie)流裝置(zhi),所以有(you)p1>p2。壓力差(cha)p1-p2大小與(yu)流過的(de)流體流(liu)量之間(jian)有一定(ding)的函數(shu)關系，根(gen)據壓力(li)差就可(ke)以求得(de)流量。質(zhi)量流量(liang)與壓力(li)差的關(guan)系式爲(wei):

　　式中各(ge)參數的(de)意義和(he)單位規(gui)定如下(xia):qm爲質量(liang)流量,kg/s。a爲(wei)流量系(xi)數,可由(you)實驗确(que)定。通常(chang)根據節(jie)流件形(xing)式、管道(dao)情況、雷(lei)諾數、流(liu)體性質(zhi)、取壓方(fang)式等查(cha)表得到(dao);ε爲流體(ti)膨脹的(de)校正系(xi)數,通.常(chang)在0.9~1.0之間(jian)。不可壓(ya)縮流體(ti)時g=1;可壓(ya)縮性流(liu)體時ε<l;F。爲(wei)節流件(jian)開孔面(mian)積m2。。當已(yi)知節流(liu)件開孔(kong)直徑d(m)時(shi),ρ爲流體(ti)密度,kg/m3;△p=p1-p2,爲(wei)節流件(jian)前後的(de)壓力差(cha)Pa。根據在(zai)圖1中根(gen)據流體(ti)的流向(xiang),安裝好(hao)節流裝(zhuang)置,在節(jie)流裝置(zhi)11和22管壁(bi)處的流(liu)體靜壓(ya)力産生(sheng)差異,由(you)位移傳(chuan)感器得(de)到壓力(li)差的高(gao)度,在A處(chu)安裝标(biao)準的容(rong)積和壓(ya)力傳感(gan)器,得到(dao)流體密(mi)度的大(da)小。

　　爲了便(bian)于測量(liang),将差壓(ya)信号進(jin)行放大(da),濾波,在(zai)利用微(wei)處理器(qi)進行控(kong)制,使之(zhi)能方便(bian)記錄、存(cun)儲和顯(xian)示。在圖(tu)1中,利用(yong)位移傳(chuan)感器可(ke)以測量(liang)出節流(liu)裝置11和(he)22管壁處(chu)的流體(ti)靜壓力(li),将壓力(li)的變化(hua)通過電(dian)橋的作(zuo)用，使之(zhi)轉換爲(wei)電壓的(de)變化,爲(wei)了便于(yu)微處理(li)器能控(kong)制,将其(qi)信号進(jin)行放大(da)和模數(shu)轉換。由(you)于要測(ce)量質量(liang)流量,在(zai)A處的壓(ya)力傳感(gan)器可以(yi)測量得(de)到流體(ti)密度的(de)大小(測(ce)量密度(du)的原理(li)是A出的(de)容積是(shi)标定已(yi)知的,邇(er)過質量(liang)大小除(chu)以容積(ji)即可以(yi)得到)。由(you)此得到(dao)測量原(yuan)理框圖(tu)如圖2所(suo)示。

2硬件(jian)電路的(de)分析與(yu)設計
　　根(gen)據測量(liang)原理框(kuang)圖,将各(ge)個部分(fen)的電路(lu)設計如(ru)下:
2.1電橋(qiao)電路
　　電(dian)橋電路(lu)是将壓(ya)力的變(bian)化轉換(huan)成電壓(ya)信号的(de)變化,在(zai)實際測(ce)量中先(xian)調節電(dian)橋平衡(heng),爲了提(ti)高精度(du),減小非(fei)線性誤(wu)差,選擇(ze)将R1和R2加(jia)入傳感(gan)器,-個增(zeng)加,另外(wai)一個減(jian)小。

2.2電壓(ya)放大電(dian)路
　　由電(dian)橋輸入(ru)的微弱(ruo)的信号(hao),通過電(dian)壓放大(da)器放大(da)後,便于(yu)A/D轉換器(qi)處理,采(cai)用了差(cha)分放大(da)電路,能(neng)夠抑制(zhi)共模信(xin)号。

2.3A/D轉換(huan)電路的(de)設計
　　此(ci)工作可(ke)由單片(pian)機内部(bu)的10位AD轉(zhuan)換器完(wan)成,但發(fa)現單片(pian)機的10位(wei)AD芯片處(chu)理效果(guo)不是很(hen)好。采用(yong)了兩個(ge)AD轉換芯(xin)片,對輸(shu)出的信(xin)号轉換(huan),使用單(dan)片機控(kong)制計算(suan),然後送(song)人液晶(jing)顯示其(qi)質量流(liu)量的大(da)小。
　　AD1674是--片(pian)高速12位(wei)逐次比(bi)較型A/D轉(zhuan)換器,内(nei)置雙極(ji)性電路(lu)構成的(de)混合集(ji)成轉換(huan)顯片,具(ju)有外接(jie)元件少(shao),功耗低(di),精度高(gao)等特點(dian),并且具(ju)有自動(dong)校零和(he)自動極(ji)性轉換(huan)功能,隻(zhi)需外接(jie)少量的(de)電阻和(he)電容元(yuan)件即可(ke)構成一(yi)個完整(zheng)的A/D轉換(huan)器。AD8326是TI公(gong)司推出(chu)的16位高(gao)速模數(shu)轉換器(qi),其轉換(huan)速度快(kuai),線性度(du)好精度(du)高。電路(lu)的連接(jie)圖,如圖(tu)5和圖6所(suo)示。

2.4顯示(shi)電路
　　本(ben)電路采(cai)用12864液晶(jing)來實時(shi)顯示輸(shu)出的流(liu)體質量(liang)流量和(he)密度的(de)大小。該(gai)液晶具(ju)有屏幕(mu)反應速(su)度快、對(dui)比度高(gao)、功耗低(di)等優點(dian),可以實(shi)現友好(hao)的人機(ji)交互。爲(wei)了簡化(hua)電路,采(cai)用串口(kou)連接。在(zai)單片機(ji)的控制(zhi)下,按照(zhao)要求的(de)格式顯(xian)示接收(shou)到的數(shu)據和字(zi)符信息(xi)。圖7爲液(ye)晶顯示(shi)的連接(jie)圖。其中(zhong)D0~D7爲數據(ju)口,R/W爲液(ye)晶讀寫(xie)信号,E是(shi)使能端(duan)。

3軟件控(kong)制設計(ji)
　　本系統(tong)所采集(ji)的是電(dian)壓放大(da)電路輸(shu)出的信(xin)号,通過(guo)AD轉換後(hou),單片機(ji)從而對(dui)兩路模(mo)拟信号(hao)進行處(chu)理,并與(yu)流量系(xi)數、節流(liu)件開孔(kong)面積FO及(ji)ε進行計(ji)算,将測(ce)得的數(shu)據用液(ye)晶适時(shi)的顯示(shi)出來,便(bian)于觀察(cha)。軟件設(she)計流程(cheng)圖，如圖(tu)8所示。
　　智(zhi)能技術(shu)已成爲(wei)推動科(ke)學技術(shu)的關鍵(jian)技術,采(cai)用智能(neng)技術将(jiang)是傳感(gan)器檢測(ce)領域的(de)一個重(zhong)要的發(fa)展方向(xiang),所研究(jiu)和制作(zuo)的智能(neng)差壓流(liu)量計隻(zhi)是流量(liang)檢測的(de)一個縮(suo)影,雖然(ran)能根據(ju)流體的(de)性質修(xiu)改相關(guan)參數,實(shi)時顯示(shi)流體的(de)質量流(liu)量和密(mi)度,但達(da)到全智(zhi)能還有(you)一段距(ju)離,-一些(xie)技術要(yao)進一-步(bu)的深人(ren)和完善(shan)。

 

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