摘要:智能(neng)差壓流量(liàng)計 因結構(gòu)簡單,操作(zuò)方便得到(dào)廣泛應用(yòng)。本文從流(liu)量的特點(diǎn)入手,結合(hé)節流裝置(zhi)的工作特(tè)點，差壓流(liú)量計能實(shi)時當前流(liu)體的質量(liàng)流量和流(liú)體的密度(dù),該流量計(ji)能廣泛應(ying)用于不同(tóng)流體的質(zhì)量流量測(ce)量,而且安(an)裝和設置(zhì)方便,不同(tóng)的流體隻(zhī)有通過按(an)鍵輸入流(liu)量系數和(hé)流體膨脹(zhàng)的校正系(xì)數,按照步(bù)驟安裝好(hao)後就能實(shí)時顯示待(dai)測流體的(de)流量。
　　流量(liang)是指單位(wèi)時間内流(liú)過管道某(mou)截面液體(tǐ)的體積或(huo)質量。流體(ti)的總量對(duì)于計量物(wu)質的損耗(hào)與儲存等(deng)具有重要(yào)的意義,在(zai)日常生活(huó)中常常要(yào)對一段時(shi)間内流過(guò)的液體量(liang)進行測量(liàng),測量總量(liàng)的儀表一(yi)般稱爲流(liu)體計量表(biao)或流量計(ji)。工業應用(yòng)中,因不同(tong)流體的粘(zhan)度、導電性(xing).腐蝕性等(děng)不一樣，因(yīn)此不同流(liú)體的測量(liang)方法也不(bú)盡相同,市(shi)場上爲了(le)滿足不同(tong)流體的測(ce)量要求,流(liú)量計的種(zhǒng)類也比較(jiao)多。流量計(ji)中差壓型(xing)流量計是(shi)使用量廣(guang)的一種流(liu)量計,廣泛(fan)應用于工(gōng)礦企業、化(hua)工、天然氣(qì)等部門,該(gai)流量計具(jù)有結構簡(jian)單、使用壽(shou)命長、适應(ying)性強安裝(zhuang)方便等優(yōu)點。本文主(zhu)要以差壓(yā)流量計的(de)設計與應(yīng)用着手進(jin)行研究和(he)設計。
1測量(liàng)方案與原(yuan)理
　　差壓式(shì)流量計又(you)叫節流式(shi)流量計,它(ta)是利用流(liú)體流經節(jiē)流裝置時(shi)産生壓力(lì)差的原理(li)來實現流(liu)量測量的(de)。在實際測(cè)量中，要利(lì)用節流裝(zhuang)置把被測(cè)流體的流(liu)量轉換成(chéng)差壓信号(hào),主要原因(yin)是安裝在(zai)管道中節(jiē)流裝置使(shi)得連續流(liú)動的流體(tǐ)因流體流(liu)邇面積突(tu)然縮小而(ér)形成流束(shu)收縮，使得(de)流速加快(kuai),擠過節流(liu)孔後,流速(su)又降低。由(yóu)能量守恒(héng)在節流件(jiàn)前後産生(shēng)壓力差(靜(jìng)壓差)△p=p1-p2,因是(shi)節流裝置(zhì),所以有p1>p2。壓(yā)力差p1-p2大小(xiǎo)與流過的(de)流體流量(liàng)之間有一(yī)定的函數(shu)關系，根據(ju)壓力差就(jiu)可以求得(de)流量。質量(liang)流量與壓(yā)力差的關(guan)系式爲:

　　式(shì)中各參數(shu)的意義和(he)單位規定(ding)如下:qm爲質(zhi)量流量,kg/s。a爲(wèi)流量系數(shu),可由實驗(yàn)确定。通常(chang)根據節流(liú)件形式、管(guǎn)道情況、雷(léi)諾數、流體(tǐ)性質、取壓(ya)方式等查(cha)表得到;ε爲(wèi)流體膨脹(zhang)的校正系(xì)數,通.常在(zài)0.9~1.0之間。不可(kě)壓縮流體(ti)時g=1;可壓縮(suō)性流體時(shi)ε<l;F。爲節流件(jiàn)開孔面積(ji)m2。。當已知節(jie)流件開孔(kǒng)直徑d(m)時,ρ爲(wei)流體密度(dù),kg/m3;△p=p1-p2,爲節流件(jiàn)前後的壓(ya)力差Pa。根據(ju)在圖1中根(gen)據流體的(de)流向,安裝(zhuāng)好節流裝(zhuang)置,在節流(liú)裝置11和22管(guan)壁處的流(liu)體靜壓力(lì)産生差異(yì),由位移傳(chuán)感器得到(dào)壓力差的(de)高度,在A處(chù)安裝标準(zhun)的容積和(he)壓力傳感(gan)器,得到流(liú)體密度的(de)大小。

　　爲了(le)便于測量(liàng),将差壓信(xìn)号進行放(fàng)大,濾波,在(zai)利用微處(chù)理器進行(hang)控制,使之(zhī)能方便記(ji)錄、存儲和(he)顯示。在圖(tu)1中,利用位(wèi)移傳感器(qì)可以測量(liàng)出節流裝(zhuang)置11和22管壁(bi)處的流體(tǐ)靜壓力,将(jiāng)壓力的變(bian)化通過電(diàn)橋的作用(yong)，使之轉換(huan)爲電壓的(de)變化,爲了(le)便于微處(chù)理器能控(kong)制,将其信(xìn)号進行放(fàng)大和模數(shu)轉換。由于(yu)要測量質(zhì)量流量,在(zai)A處的壓力(lì)傳感器可(ke)以測量得(de)到流體密(mì)度的大小(xiǎo)(測量密度(du)的原理是(shi)A出的容積(jī)是标定已(yi)知的,邇過(guò)質量大小(xiǎo)除以容積(ji)即可以得(dé)到)。由此得(de)到測量原(yuán)理框圖如(ru)圖2所示。

2硬(ying)件電路的(de)分析與設(shè)計
　　根據測(cè)量原理框(kuàng)圖,将各個(ge)部分的電(dian)路設計如(ru)下:
2.1電橋電(diàn)路
　　電橋電(diàn)路是将壓(ya)力的變化(huà)轉換成電(dian)壓信号的(de)變化,在實(shí)際測量中(zhong)先調節電(diàn)橋平衡,爲(wei)了提高精(jīng)度,減小非(fei)線性誤差(cha),選擇将R1和(hé)R2加入傳感(gǎn)器,-個增加(jia),另外一個(ge)減小。

2.2電壓(ya)放大電路(lu)
　　由電橋輸(shū)入的微弱(ruo)的信号,通(tong)過電壓放(fang)大器放大(dà)後,便于A/D轉(zhuan)換器處理(lǐ),采用了差(chà)分放大電(dian)路,能夠抑(yi)制共模信(xin)号。

2.3A/D轉換電(dian)路的設計(ji)
　　此工作可(ke)由單片機(jī)内部的10位(wèi)AD轉換器完(wan)成,但發現(xian)單片機的(de)10位AD芯片處(chu)理效果不(bu)是很好。采(cǎi)用了兩個(gè)AD轉換芯片(piàn),對輸出的(de)信号轉換(huan),使用單片(pian)機控制計(jì)算,然後送(song)人液晶顯(xian)示其質量(liàng)流量的大(da)小。
　　AD1674是--片高(gāo)速12位逐次(ci)比較型A/D轉(zhuan)換器,内置(zhì)雙極性電(diàn)路構成的(de)混合集成(chéng)轉換顯片(piàn),具有外接(jiē)元件少,功(gōng)耗低,精度(du)高等特點(diǎn),并且具有(you)自動校零(ling)和自動極(jí)性轉換功(gong)能,隻需外(wai)接少量的(de)電阻和電(diàn)容元件即(jí)可構成一(yi)個完整的(de)A/D轉換器。AD8326是(shi)TI公司推出(chu)的16位高速(sù)模數轉換(huàn)器,其轉換(huàn)速度快,線(xiàn)性度好精(jing)度高。電路(lù)的連接圖(tu),如圖5和圖(tú)6所示。

2.4顯示(shi)電路
　　本電(dian)路采用12864液(ye)晶來實時(shí)顯示輸出(chu)的流體質(zhì)量流量和(he)密度的大(dà)小。該液晶(jing)具有屏幕(mù)反應速度(dù)快、對比度(dù)高、功耗低(di)等優點,可(kě)以實現友(yǒu)好的人機(ji)交互。爲了(le)簡化電路(lù),采用串口(kou)連接。在單(dān)片機的控(kòng)制下,按照(zhào)要求的格(gé)式顯示接(jie)收到的數(shu)據和字符(fu)信息。圖7爲(wei)液晶顯示(shì)的連接圖(tú)。其中D0~D7爲數(shu)據口,R/W爲液(yè)晶讀寫信(xin)号,E是使能(néng)端。

3軟件控(kong)制設計
　　本(běn)系統所采(cai)集的是電(dian)壓放大電(diàn)路輸出的(de)信号,通過(guò)AD轉換後,單(dān)片機從而(er)對兩路模(mo)拟信号進(jin)行處理,并(bìng)與流量系(xì)數、節流件(jian)開孔面積(ji)FO及ε進行計(jì)算,将測得(de)的數據用(yòng)液晶适時(shi)的顯示出(chu)來,便于觀(guān)察。軟件設(shè)計流程圖(tu)，如圖8所示(shi)。
　　智能技術(shù)已成爲推(tuī)動科學技(ji)術的關鍵(jian)技術,采用(yong)智能技術(shù)将是傳感(gan)器檢測領(ling)域的一個(gè)重要的發(fa)展方向,所(suo)研究和制(zhì)作的智能(neng)差壓流量(liang)計隻是流(liú)量檢測的(de)一個縮影(yǐng),雖然能根(gēn)據流體的(de)性質修改(gai)相關參數(shu),實時顯示(shì)流體的質(zhì)量流量和(hé)密度,但達(dá)到全智能(néng)還有一段(duàn)距離,-一些(xiē)技術要進(jìn)一-步的深(shen)人和完善(shàn)。

 

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