摘要(yào):設計以(yǐ)PIC單片機(ji)爲核心(xin)的 智能(neng)渦輪流(liu)量計 ，用(yòng)于蒸汽(qì)流量的(de)測量。結(jié)合氣體(ti)流量與(yǔ)密度的(de)特點設(she)計溫😍度(du)壓力補(bǔ)償電路(lu)，并用串(chuan)口液晶(jīng)顯示模(mó)塊實時(shí)顯示所(suǒ)👌測的流(liu)量大小(xiǎo)、溫度和(he)壓力，同(tóng)時可利(li)用鍵盤(pan)進行參(can)數的設(she)定和修(xiū)改。該方(fang)案節省(sheng)了資源(yuán)，提高了(le)性價比(bi)，保證了(le)系統的(de)精度和(hé)實時性(xing)🚶。
　　在現代(dài)工業生(shēng)産和流(liu)通等領(lǐng)域，流量(liang)檢測是(shi)計量管(guǎn)理、貿易(yì)結✂️算的(de)第一可(ke)靠性依(yī)據，也是(shi)一門實(shí)用性很(hen)強的檢(jian)測技術(shù);但流體(ti)的複雜(za)性決定(ding)了流量(liàng)檢測的(de)問題也(yě)很多，氣(qì)體流量(liang)的溫度(dù)🚩壓力補(bu)償問題(ti)就是其(qí)中之一(yī)。流量傳(chuan)感器💃🏻在(zài)測量同(tóng)樣介質(zhì)的流體(ti)流量參(can)數時都(dou)是工況(kuang)流量，尤(you)其是氣(qi)體,即便(bian)測量結(jié)果相同(tong)，由于受(shou)溫度和(hé)壓力的(de)影響,在(zai)轉換成(cheng)标準流(liú)量時結(jie)果往往(wang)也是不(bu)一✉️緻的(de)。這就産(chan)生了流(liu)量檢測(cè)中的溫(wēn)度壓力(li)補償問(wen)題。
　　在使(shǐ)用流量(liang)計測流(liú)量時，使(shǐ)用者如(ru)果不考(kǎo)慮溫度(du)壓力🏃‍♂️補(bu)償👄的話(huà)，得到的(de)結果往(wǎng)往會與(yu)正确結(jie)果大相(xiàng)徑庭，無(wú)法進行(hang)貿易結(jié)算或工(gōng)藝考核(hé)。液體體(ti)積🧡幾乎(hū)不受壓(yā)力影響(xiǎng)，僅💚和溫(wēn)度❓有關(guān)，而🌈且當(dang)溫度變(biàn)化範圍(wei)很小時(shí)，液體體(ti)積的變(biàn)化也極(jí)小;但是(shi)氣體受(shòu)壓力、溫(wēn)度影響(xiang)所引起(qi)的流體(tǐ)特性的(de)變化很(hěn)大，在流(liú)量檢測(ce)♊中，氣體(ti)流量溫(wen)度壓力(li)補償的(de)意義重(zhòng)大。
1渦輪(lún)流量計(ji)工作原(yuan)理
　　渦輪(lún)流量計(jì) 作爲最(zuì)通用的(de)流量計(ji)具有精(jing)度高、重(zhong)複性好(hǎo)等優點(diǎn)，廣泛用(yong)于高壓(yā)、高溫、低(di)溫及微(wei)流量的(de)測量中(zhōng)。渦🙇‍♀️輪流(liú)量計是(shi)一種速(su)度式流(liú)量計，它(tā)是由渦(wo)輪、軸承(cheng)、前置放(fàng)大器、顯(xiǎn)👌示儀表(biǎo)組成。被(bei)測流體(tǐ)沖擊渦(wō)輪葉片(piàn)，使渦輪(lún)旋轉，渦(wō)輪的轉(zhuan)速随流(liu)量的變(bian)化而變(biàn)化🔞，即流(liú)量大，渦(wō)輪的轉(zhuan)速也大(dà)，再經磁(ci)電轉換(huan)裝置把(ba)渦輪的(de)轉速轉(zhuan)換爲相(xiàng)應頻率(lü)的電脈(mò)沖，經前(qián)置放大(dà)器放大(dà)後，送入(ru)顯示儀(yí)表進行(hang)計數和(he)顯示，根(gen)據單位(wèi)時間内(nei)的脈沖(chong)數和累(lei)計脈沖(chong)數即可(kě)求出瞬(shun)時流量(liàng)和累積(ji)流量"。當(dang)流體沿(yan)着管道(dao)的軸線(xiàn)方向💛流(liu)動、并沖(chong)擊渦輪(lun)葉片時(shí)，流經渦(wō)輪變送(song)器的流(liú)體🔅體積(ji)流量：
 
2硬(ying)件電路(lù)設計
2.1總(zong)體設計(ji)
　　該系統(tong)以PIC單片(piàn)機爲控(kòng)制核心(xīn)，包括流(liu)量信号(hào)采集模(mo)塊、溫度(dù)✂️和壓力(li)信号采(cai)集模塊(kuai)、鍵盤以(yǐ)及顯示(shì)模塊5個(ge)部分。流(liu)量信号(hao)采集模(mo)塊使用(yong)渦輪流(liu)量計采(cǎi)集流量(liang)信号，經(jīng)過外圍(wei)電路處(chu)理後送(song)入單片(piàn)機，測量(liang)其頻率(lǜ)，用于流(liú)量🛀計算(suàn);溫度和(hé)壓力采(cai)☂️集模塊(kuài)将💰采.集(jí)到的溫(wen)度和壓(ya)力通👣過(guo)A/D轉換後(hòu)送入單(dan)片機，用(yòng)🏃‍♂️.于氣體(ti)的密度(du)計算，對(duì)氣體流(liu)量進行(háng)補償;鍵(jiàn)盤模塊(kuài)實現對(dui)儀表參(cān)數的設(she)置、各顯(xiǎn)示内容(rong)之間的(de)轉🌈換操(cāo)作;顯示(shì)模塊實(shí)☂️現瞬時(shi)流量、累(lèi)積流量(liàng)、溫度和(hé)壓力的(de)顯🧡示。系(xi)統的總(zǒng)體結構(gòu)✏️圖如圖(tu)1所示。
 
2.2PIC單(dan)片機
　　pIc單(dan)片機采(cǎi)用哈佛(fo)總線結(jié)構，精簡(jiǎn)指令,運(yun)行速度(dù)快‼️，價格(gé)🆚低廉，低(di)功耗，内(nei)部具有(you)8通道10位(wèi)A/D轉換器(qì)，最大有(yǒu)8kX14字節💋的(de)HASH程序存(cún)儲器，工(gōng)作電壓(yā)範圍寬(kuān)，帶振蕩(dàng)式看門(mén)狗，不需(xū)要任何(hé)外部器(qi)件。在該(gai)系統設(shè)計中具(jù)有較大(dà)的優勢(shi)。
2.3流量檢(jiǎn)測電路(lù)
　　渦輪脈(mo)沖信号(hao)經濾波(bo)整形放(fang)大後,再(zai)經過光(guāng)電隔🧑🏽‍🤝‍🧑🏻離(li)電路後(hòu)進入PC16F877單(dan)片機進(jìn)行脈沖(chong)頻率測(cè)量，從而(ér)測量出(chū)🌈流量的(de)大小。
2.4溫(wēn)度壓力(lì)檢測電(dian)路
　　采壓(yā)力傳感(gan)器154n對氣(qi)體壓力(li)進行檢(jian)測。該傳(chuán)感器屬(shǔ)🍓于壓✔️阻(zu)式🌐半導(dao)體壓力(lì)傳感器(qi)，用電阻(zu)構成電(diàn)橋後接(jie)電👉壓跟(gēn)随器送(song)至RA0口。.将(jiāng)Pt100檢測到(dao)的溫度(dù)信号經(jīng)A、B兩🌏個電(diàn)壓跟.随(sui)器後分(fèn)别送至(zhi)減法電(dian)路和放(fàng)大電路(lu)，再經減(jiǎn)法器E後(hou)進入單(dan)片機的(de)RA1口。
　　此時(shi)有U7E=100UiA-200IB，電位(wèi)器Rv3用來(lái)調零，當(dāng)其阻值(zhí)調至和(he)Pt100阻值相(xiàng)同時，此(ci)時U7E爲零(líng)，未調整(zhěng)時即爲(wèi)常溫值(zhi)。其原理(lǐ)如圖✉️2所(suǒ)示🔴.
　　爲了(le)提高系(xi)統的測(cè)量精度(dù),壓力檢(jiǎn)測和溫(wēn)度檢測(ce)均采✌️用(yòng)IM334恒流🥰源(yuán)向其提(tí)供恒定(dìng)的電流(liu)，同時添(tiān)加一個(gè)電🚩阻和(he)一個二(èr)極管以(yi)獲得零(ling)點漂移(yí)操作。
 
3.系(xì)統軟件(jian)設計
3.1總(zǒng)體設計(jì)
　　系統軟(ruan)件包括(kuò)初始化(huà)程序、主(zhu)程序、中(zhōng)斷控制(zhi)程序、流(liu)量、溫度(du)、壓力檢(jian)測程序(xu)以及鍵(jian)盤顯示(shì)程序等(deng)。初始化(huà)程序主(zhu)要完成(chéng)單片機(ji)初始化(hua)和設置(zhi)計數方(fang)式等。主(zhǔ)程序主(zhu)要通過(guo)查詢标(biao)志位SET_RUN和(he)OPERATE來判斷(duan)程序是(shi)運行狀(zhuang)态還是(shi)設置狀(zhuàng)态，然後(hòu)調用相(xiàng)應的處(chù)理子程(chéng)序。首先(xiān)開全局(ju)中斷，允(yun)許單片(piàn)機響應(yīng)所有中(zhong)斷源産(chan)生的中(zhong)斷請求(qiú);當單片(pian)機查詢(xun)到标志(zhì)位SET_RUN被置(zhi)位時，就(jiù)進入設(shè)置狀态(tai)，對儀表(biǎo)系數進(jin)行設定(ding);進入運(yùn)行狀态(tai)後還要(yao)查詢标(biao)志位OPERATE是(shì)否被置(zhi)位，被置(zhi)位後就(jiù)進行溫(wēn)度與壓(yā)力的.A/D轉(zhuǎn)換、流量(liang)的計算(suan)和數據(jù)的儲存(cún)。中斷程(chéng)序用于(yú)查詢定(ding)時時間(jiān)，進入中(zhong)斷服務(wù)子程序(xù)完成流(liu)量采集(jí)、工作狀(zhuang)況“下溫(wen)度和壓(ya)力采集(jí)，瞬時流(liu)量和累(lei)積流量(liang)的計算(suàn)。系統主(zhǔ)流程圖(tú)如圖3所(suǒ)示。
 
3.2流量(liang)溫度壓(ya)力信号(hào)采集
　　流(liu)量信号(hao)的采集(jí)主要通(tōng)過計數(shu)器MR0中斷(duàn)服務程(cheng)序完成(cheng)，采用定(dìng)時器模(mó)式，定時(shí)時間設(shè)爲1so定時(shi)時間到(dao)，比較寄(jì)存器裏(lǐ)面的内(nèi)容，大于(yú)1s則對計(ji)數器IMR1讀(dú)數，以獲(huo)得流量(liàng)信号的(de)頻率，并(bìng)清零;小(xiǎo)于1s,則加(jiā)1後結束(shu)。
　　溫度和(hé)壓力信(xìn)号的采(cǎi)集是通(tōng)過PICI6F877單片(piàn)機内部(bù)的ADC模塊(kuài)♈将其轉(zhuǎn)換🔱成數(shu)字量，采(cǎi)樣完成(cheng)後計算(suàn)出溫度(dù)和壓力(lì)♍值，并♋将(jiang)這✉️兩個(ge)數值在(zài)液晶屏(píng)上顯示(shi)出來。.
3.3鍵(jian)盤顯示(shi)
　　設置3個(gè)鍵盤，利(li)用電平(píng)變化中(zhong)斷功能(neng)來實現(xian)，采用延(yan)時去抖(dou)法，按鍵(jiàn)有效就(jiu)進入按(àn)鍵處理(li)程序。F表(biǎo)示功能(néng)鍵，用✍️KI來(lái)表示，每(měi)按一-次(cì)表示在(zai)流量顯(xian)示和溫(wen)度、壓力(li)✊顯示間(jian)切換，-表(biǎo)示移位(wèi)鍵，用K2表(biǎo)示，↑爲增(zeng)加鍵，用(yòng)K3表示。如(rú)果F+→(即Kl+K2)被(bèi)按下，則(zé)設置💔标(biao)志位置(zhì)1,主程序(xù)查詢到(dao)其置1後(hou)，就進入(ru)設置狀(zhuang)态。在該(gāi)狀态下(xia)，→(K2)鍵定義(yì)爲移位(wèi)鍵，以♍閃(shǎn)爍表示(shi)光标所(suǒ)在位，每(měi).按一次(ci)🌏，閃爍移(yí)到下一(yi)位，到最(zui)後一位(wèi)回閃第(di)一一位(wei)。↑(K3)定義爲(wei)增加💔鍵(jian)，對光标(biāo)所在位(wei)💰的數值(zhi)進行修(xiu)改，每按(an)--次，循環(huan)👌增加一(yī)個定義(yì)單位，定(dìng)義單位(wei)視參數(shu)類型而(ér)定。當📱程(chéng)序查詢(xun)到↑+→(K2+K3)被按(an)下時，就(jiù)把累積(jī)流量清(qing)🈲零，并把(bǎ)标🔆志位(wei)置1,當查(chá)詢到F(K1)鍵(jiàn)被按下(xià)時，每按(an)-一次，在(zài)流量顯(xiǎn)☀️示和溫(wēn)度、壓力(lì)顯示之(zhi)間切換(huàn)。
采用段(duàn)式液晶(jing)顯示器(qi)LCM103來顯示(shi)瞬時和(hé)累計流(liú)量，同時(shí)實時顯(xiǎn)🏃‍♀️示溫度(dù)和壓力(li)"。
4溫壓補(bǔ)償的實(shi)現
　　一般(bān)來說，在(zai)生産中(zhōng)大多要(yào)求得到(dào)氣體的(de)質量流(liu)量💁，由于(yú)😘氣體體(ti)積受溫(wēn)度和壓(yā)力的影(yǐng)響太大(da),在溫度(du)和✊壓力(li)不斷🔅變(biàn)化的環(huan)🛀境中得(de)出的流(liú)量需要(yào)補償換(huan)算。
　　在得(dé)到了渦(wo)輪流量(liàng)計輸出(chu)的流量(liang)信号、測(cè)量介質(zhi)的溫度(du)和壓力(lì)後，就可(ke)以進行(háng)飽和蒸(zhēng)汽質量(liang)流量的(de)實時計(ji)算了。由(you)公式(2)可(ke)知，頻率(lǜ)f已經通(tong)過IMR1計數(shu)器測得(dé)，隻要再(zài)得到密(mì)度Q就可(kě)以📐計算(suàn)飽☎️和蒸(zhēng)汽的質(zhi)量流量(liang)了❗。飽和(hé)蒸汽的(de)密度Q和(hé)💘它的溫(wen)度壓力(li)有關🌈，其(qí)關系如(rú)表1所示(shì)。可以看(kàn)到，密度(du)Q隻是溫(wēn)度或者(zhe)壓力的(de)函數，而(ér)不是它(ta)們兩個(gè)參✔️數的(de)函數,所(suǒ)以隻要(yao)通過表(biǎo)1的數據(jù)拟合出(chū)一條溫(wen)度-密⭐度(dù)(或者壓(yā)力.密度(du))的曲線(xiàn)，測出溫(wēn)度(或者(zhě)壓力)值(zhi)就可以(yi)得到密(mi)度值。拟(ni)合溫度(dù)-密度曲(qu)線或者(zhe)壓力-密(mì)度曲.線(xiàn)均可，但(dan)溫度和(hé)壓力都(dou)要顯示(shi)出🏃來。
 
　　由(you)溫度的(de)A/D采樣值(zhí)和密度(du)值間的(de)關系式(shì)，根.據公(gong)式🌈(2)就可(ke)以進☀️行(hang)流量的(de)質量流(liú)量計算(suan)。
5結束語(yǔ)
　　基于PIC單(dan)片機的(de)智能渦(wo)輪流量(liang)計設計(ji)，節省了(le)資源，提(ti)高了👨‍❤️‍👨系(xì)統📐性價(jià)比，同時(shí)又由于(yú)采用了(le)合理的(de)溫度壓(yā)力檢測(cè)方法和(he)新的補(bu)償方式(shi)，可以盡(jìn)可能地(di)消除系(xì)統誤差(cha)♊，較爲快(kuai)速正确(què)地計算(suan)溫度壓(yā)力變化(hua)時流體(ti)🈚的密度(du)和😄流量(liang)值，保💰證(zhèng)了系統(tǒng)的精度(du)和🆚實時(shí)性，具有(you)較好的(de)應用價(jia)值。

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