摘要(yào):智能差壓流量計(ji) 因結構簡單,操作(zuò)方便得到廣泛應(ying)用。本文從流量的(de)特點入手,結合節(jie)流裝置的工作特(te)點，差壓流量計能(neng)實時當前流體的(de)質量流量和流體(tǐ)的密度,該流量計(ji)能廣泛應用于不(bú)同流體的質量流(liú)量測量,而且安裝(zhuang)和設置方便,不同(tong)的流體隻有通過(guo)按鍵輸入流量系(xì)數和流體膨脹的(de)校正系數,按照步(bù)驟安裝好後就能(néng)實時顯示待測流(liu)體的流量。
　　流量是(shi)指單位時間内流(liu)過管道某截面液(ye)體的體積或質量(liang)。流體的總量對于(yu)計量物質的損耗(hào)與儲存等具有重(zhong)要的意義,在日常(cháng)生活中常常要對(duì)一段時間内流過(guo)的液體量進行測(cè)量,測量總量的儀(yí)表一般稱爲流體(tǐ)計量表或流量計(jì)。工業應用中,因不(bú)同流體的粘度、導(dao)電性.腐蝕性等不(bú)一樣，因此不同流(liú)體的測量方法也(yě)不盡相同,市場上(shàng)爲了滿足不同流(liu)體的測量要求,流(liu)量計的種類也比(bi)較多。流量計中差(chà)壓型流量計是使(shi)用量廣的一種流(liú)量計,廣泛應用于(yu)工礦企業、化工、天(tiān)然氣等部門,該流(liú)量計具有結構簡(jian)單、使用壽命長、适(shì)應性強安裝方便(bian)等優點。本文主要(yào)以差壓流量計的(de)設計與應用着手(shou)進行研究和設計(ji)。
1測量方案與原理(li)
　　差壓式流量計又(yòu)叫節流式流量計(jì),它是利用流體流(liu)經節流裝置時産(chǎn)生壓力差的原理(lǐ)來實現流量測量(liàng)的。在實際測量中(zhōng)，要利用節流裝置(zhi)把被測流體的流(liu)量轉換成差壓信(xin)号,主要原因是安(ān)裝在管道中節流(liu)裝置使得連續流(liu)動的流體因流體(ti)流邇面積突然縮(suo)小而形成流束收(shōu)縮，使得流速加快(kuài),擠過節流孔後,流(liu)速又降低。由能量(liang)守恒在節流件前(qian)後産生壓力差(靜(jìng)壓差)△p=p1-p2,因是節流裝(zhuang)置,所以有p1>p2。壓力差(cha)p1-p2大小與流過的流(liu)體流量之間有一(yī)定的函數關系，根(gen)據壓力差就可以(yǐ)求得流量。質量流(liú)量與壓力差的關(guan)系式爲:

　　式中各參(can)數的意義和單位(wei)規定如下:qm爲質量(liàng)流量,kg/s。a爲流量系數(shù),可由實驗确定。通(tōng)常根據節流件形(xing)式、管道情況、雷諾(nuo)數、流體性質、取壓(ya)方式等查表得到(dào);ε爲流體膨脹的校(xiào)正系數,通.常在0.9~1.0之(zhi)間。不可壓縮流體(tǐ)時g=1;可壓縮性流體(tǐ)時ε<l;F。爲節流件開孔(kǒng)面積m2。。當已知節流(liú)件開孔直徑d(m)時,ρ爲(wèi)流體密度,kg/m3;△p=p1-p2,爲節流(liu)件前後的壓力差(chà)Pa。根據在圖1中根據(jù)流體的流向,安裝(zhuāng)好節流裝置,在節(jie)流裝置11和22管壁處(chù)的流體靜壓力産(chǎn)生差異,由位移傳(chuán)感器得到壓力差(chà)的高度,在A處安裝(zhuāng)标準的容積和壓(ya)力傳感器,得到流(liu)體密度的大小。

　　爲了便于測量,将(jiang)差壓信号進行放(fang)大,濾波,在利用微(wēi)處理器進行控制(zhì),使之能方便記錄(lu)、存儲和顯示。在圖(tu)1中,利用位移傳感(gǎn)器可以測量出節(jie)流裝置11和22管壁處(chu)的流體靜壓力,将(jiang)壓力的變化通過(guo)電橋的作用，使之(zhī)轉換爲電壓的變(bian)化,爲了便于微處(chù)理器能控制,将其(qi)信号進行放大和(hé)模數轉換。由于要(yao)測量質量流量,在(zai)A處的壓力傳感器(qi)可以測量得到流(liú)體密度的大小(測(ce)量密度的原理是(shì)A出的容積是标定(ding)已知的,邇過質量(liang)大小除以容積即(jí)可以得到)。由此得(dé)到測量原理框圖(tu)如圖2所示。

2硬件電(diàn)路的分析與設計(jì)
　　根據測量原理框(kuang)圖,将各個部分的(de)電路設計如下:
2.1電(dian)橋電路
　　電橋電路(lù)是将壓力的變化(hua)轉換成電壓信号(hao)的變化,在實際測(ce)量中先調節電橋(qiao)平衡,爲了提高精(jing)度,減小非線性誤(wu)差,選擇将R1和R2加入(rù)傳感器,-個增加,另(lìng)外一個減小。

2.2電壓(yā)放大電路
　　由電橋(qiáo)輸入的微弱的信(xin)号,通過電壓放大(da)器放大後,便于A/D轉(zhuan)換器處理,采用了(le)差分放大電路,能(neng)夠抑制共模信号(hao)。

2.3A/D轉換電路的設計(ji)
　　此工作可由單片(piàn)機内部的10位AD轉換(huàn)器完成,但發現單(dan)片機的10位AD芯片處(chù)理效果不是很好(hǎo)。采用了兩個AD轉換(huan)芯片,對輸出的信(xin)号轉換,使用單片(pian)機控制計算,然後(hou)送人液晶顯示其(qí)質量流量的大小(xiao)。
　　AD1674是--片高速12位逐次(cì)比較型A/D轉換器,内(nèi)置雙極性電路構(gou)成的混合集成轉(zhuan)換顯片,具有外接(jie)元件少,功耗低,精(jing)度高等特點,并且(qiě)具有自動校零和(hé)自動極性轉換功(gong)能,隻需外接少量(liang)的電阻和電容元(yuan)件即可構成一個(ge)完整的A/D轉換器。AD8326是(shi)TI公司推出的16位高(gāo)速模數轉換器,其(qi)轉換速度快,線性(xìng)度好精度高。電路(lu)的連接圖,如圖5和(hé)圖6所示。

2.4顯示電路(lu)
　　本電路采用12864液晶(jīng)來實時顯示輸出(chu)的流體質量流量(liang)和密度的大小。該(gāi)液晶具有屏幕反(fǎn)應速度快、對比度(dù)高、功耗低等優點(dian),可以實現友好的(de)人機交互。爲了簡(jiǎn)化電路,采用串口(kou)連接。在單片機的(de)控制下,按照要求(qiú)的格式顯示接收(shōu)到的數據和字符(fu)信息。圖7爲液晶顯(xian)示的連接圖。其中(zhong)D0~D7爲數據口,R/W爲液晶(jing)讀寫信号,E是使能(néng)端。

3軟件控制設計(ji)
　　本系統所采集的(de)是電壓放大電路(lu)輸出的信号,通過(guo)AD轉換後,單片機從(cóng)而對兩路模拟信(xin)号進行處理,并與(yu)流量系數、節流件(jian)開孔面積FO及ε進行(háng)計算,将測得的數(shù)據用液晶适時的(de)顯示出來,便于觀(guān)察。軟件設計流程(cheng)圖，如圖8所示。
　　智能(néng)技術已成爲推動(dòng)科學技術的關鍵(jian)技術,采用智能技(jì)術将是傳感器檢(jian)測領域的一個重(zhòng)要的發展方向,所(suo)研究和制作的智(zhi)能差壓流量計隻(zhi)是流量檢測的一(yī)個縮影,雖然能根(gen)據流體的性質修(xiū)改相關參數,實時(shi)顯示流體的質量(liàng)流量和密度,但達(dá)到全智能還有一(yī)段距離,-一些技術(shù)要進一-步的深人(rén)和完善。

 

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