摘要(yao):智能差壓(ya)流量計 因(yin)結構簡單(dan),操作方便(bian)得到廣泛(fan)應用。本文(wen)從流量的(de)特點入手(shou),結合節流(liu)裝置的工(gong)作特點，差(cha)壓流量計(ji)能實時當(dang)前流體的(de)質量流量(liang)和流體的(de)密度,該流(liu)量計能廣(guang)泛應用于(yu)不同流體(ti)的質量流(liu)量測量,而(er)且安裝和(he)設置方便(bian),不同的流(liu)體隻有通(tong)過按鍵輸(shu)入流量系(xi)數和流體(ti)膨脹的校(xiao)正系數,按(an)照步驟安(an)裝好後就(jiu)能實時顯(xian)示待測流(liu)體的流量(liang)。
　　流量是指(zhi)單位時間(jian)内流過管(guan)道某截面(mian)液體的體(ti)積或質量(liang)。流體的總(zong)量對于計(ji)量物質的(de)損耗與儲(chu)存等具有(you)重要的意(yi)義,在日常(chang)生活中常(chang)常要對一(yi)段時間内(nei)流過的液(ye)體量進行(hang)測量,測量(liang)總量的儀(yi)表一般稱(cheng)爲流體計(ji)量表或流(liu)量計。工業(ye)應用中,因(yin)不同流體(ti)的粘度、導(dao)電性.腐蝕(shi)性等不一(yi)樣，因此不(bu)同流體的(de)測量方法(fa)也不盡相(xiang)同,市場上(shang)爲了滿足(zu)不同流體(ti)的測量要(yao)求,流量計(ji)的種類也(ye)比較多。流(liu)量計中差(cha)壓型流量(liang)計是使用(yong)量廣的一(yi)種流量計(ji),廣泛應用(yong)于工礦企(qi)業、化工、天(tian)然氣等部(bu)門,該流量(liang)計具有結(jie)構簡單、使(shi)用壽命長(zhang)、适應性強(qiang)安裝方便(bian)等優點。本(ben)文主要以(yi)差壓流量(liang)計的設計(ji)與應用着(zhe)手進行研(yan)究和設計(ji)。
1測量方案(an)與原理
　　差(cha)壓式流量(liang)計又叫節(jie)流式流量(liang)計,它是利(li)用流體流(liu)經節流裝(zhuang)置時産生(sheng)壓力差的(de)原理來實(shi)現流量測(ce)量的。在實(shi)際測量中(zhong)，要利用節(jie)流裝置把(ba)被測流體(ti)的流量轉(zhuan)換成差壓(ya)信号,主要(yao)原因是安(an)裝在管道(dao)中節流裝(zhuang)置使得連(lian)續流動的(de)流體因流(liu)體流邇面(mian)積突然縮(suo)小而形成(cheng)流束收縮(suo)，使得流速(su)加快,擠過(guo)節流孔後(hou),流速又降(jiang)低。由能量(liang)守恒在節(jie)流件前後(hou)産生壓力(li)差(靜壓差(cha))△p=p1-p2,因是節流(liu)裝置,所以(yi)有p1>p2。壓力差(cha)p1-p2大小與流(liu)過的流體(ti)流量之間(jian)有一定的(de)函數關系(xi)，根據壓力(li)差就可以(yi)求得流量(liang)。質量流量(liang)與壓力差(cha)的關系式(shi)爲:

　　式中各(ge)參數的意(yi)義和單位(wei)規定如下(xia):qm爲質量流(liu)量,kg/s。a爲流量(liang)系數,可由(you)實驗确定(ding)。通常根據(ju)節流件形(xing)式、管道情(qing)況、雷諾數(shu)、流體性質(zhi)、取壓方式(shi)等查表得(de)到;ε爲流體(ti)膨脹的校(xiao)正系數,通(tong).常在0.9~1.0之間(jian)。不可壓縮(suo)流體時g=1;可(ke)壓縮性流(liu)體時ε<l;F。爲節(jie)流件開孔(kong)面積m2。。當已(yi)知節流件(jian)開孔直徑(jing)d(m)時,ρ爲流體(ti)密度,kg/m3;△p=p1-p2,爲節(jie)流件前後(hou)的壓力差(cha)Pa。根據在圖(tu)1中根據流(liu)體的流向(xiang),安裝好節(jie)流裝置,在(zai)節流裝置(zhi)11和22管壁處(chu)的流體靜(jing)壓力産生(sheng)差異,由位(wei)移傳感器(qi)得到壓力(li)差的高度(du),在A處安裝(zhuang)标準的容(rong)積和壓力(li)傳感器,得(de)到流體密(mi)度的大小(xiao)。

　　爲了便于(yu)測量,将差(cha)壓信号進(jin)行放大,濾(lü)波,在利用(yong)微處理器(qi)進行控制(zhi),使之能方(fang)便記錄、存(cun)儲和顯示(shi)。在圖1中,利(li)用位移傳(chuan)感器可以(yi)測量出節(jie)流裝置11和(he)22管壁處的(de)流體靜壓(ya)力,将壓力(li)的變化通(tong)過電橋的(de)作用，使之(zhi)轉換爲電(dian)壓的變化(hua),爲了便于(yu)微處理器(qi)能控制,将(jiang)其信号進(jin)行放大和(he)模數轉換(huan)。由于要測(ce)量質量流(liu)量,在A處的(de)壓力傳感(gan)器可以測(ce)量得到流(liu)體密度的(de)大小(測量(liang)密度的原(yuan)理是A出的(de)容積是标(biao)定已知的(de),邇過質量(liang)大小除以(yi)容積即可(ke)以得到)。由(you)此得到測(ce)量原理框(kuang)圖如圖2所(suo)示。

2硬件電(dian)路的分析(xi)與設計
　　根(gen)據測量原(yuan)理框圖,将(jiang)各個部分(fen)的電路設(she)計如下:
2.1電(dian)橋電路
　　電(dian)橋電路是(shi)将壓力的(de)變化轉換(huan)成電壓信(xin)号的變化(hua),在實際測(ce)量中先調(diao)節電橋平(ping)衡,爲了提(ti)高精度,減(jian)小非線性(xing)誤差,選擇(ze)将R1和R2加入(ru)傳感器,-個(ge)增加,另外(wai)一個減小(xiao)。

2.2電壓放大(da)電路
　　由電(dian)橋輸入的(de)微弱的信(xin)号,通過電(dian)壓放大器(qi)放大後,便(bian)于A/D轉換器(qi)處理,采用(yong)了差分放(fang)大電路,能(neng)夠抑制共(gong)模信号。

2.3A/D轉(zhuan)換電路的(de)設計
　　此工(gong)作可由單(dan)片機内部(bu)的10位AD轉換(huan)器完成,但(dan)發現單片(pian)機的10位AD芯(xin)片處理效(xiao)果不是很(hen)好。采用了(le)兩個AD轉換(huan)芯片,對輸(shu)出的信号(hao)轉換,使用(yong)單片機控(kong)制計算,然(ran)後送人液(ye)晶顯示其(qi)質量流量(liang)的大小。
　　AD1674是(shi)--片高速12位(wei)逐次比較(jiao)型A/D轉換器(qi),内置雙極(ji)性電路構(gou)成的混合(he)集成轉換(huan)顯片,具有(you)外接元件(jian)少,功耗低(di),精度高等(deng)特點,并且(qie)具有自動(dong)校零和自(zi)動極性轉(zhuan)換功能,隻(zhi)需外接少(shao)量的電阻(zu)和電容元(yuan)件即可構(gou)成一個完(wan)整的A/D轉換(huan)器。AD8326是TI公司(si)推出的16位(wei)高速模數(shu)轉換器,其(qi)轉換速度(du)快,線性度(du)好精度高(gao)。電路的連(lian)接圖,如圖(tu)5和圖6所示(shi)。

2.4顯示電路(lu)
　　本電路采(cai)用12864液晶來(lai)實時顯示(shi)輸出的流(liu)體質量流(liu)量和密度(du)的大小。該(gai)液晶具有(you)屏幕反應(ying)速度快、對(dui)比度高、功(gong)耗低等優(you)點,可以實(shi)現友好的(de)人機交互(hu)。爲了簡化(hua)電路,采用(yong)串口連接(jie)。在單片機(ji)的控制下(xia),按照要求(qiu)的格式顯(xian)示接收到(dao)的數據和(he)字符信息(xi)。圖7爲液晶(jing)顯示的連(lian)接圖。其中(zhong)D0~D7爲數據口(kou),R/W爲液晶讀(du)寫信号,E是(shi)使能端。

3軟(ruan)件控制設(she)計
　　本系統(tong)所采集的(de)是電壓放(fang)大電路輸(shu)出的信号(hao),通過AD轉換(huan)後,單片機(ji)從而對兩(liang)路模拟信(xin)号進行處(chu)理,并與流(liu)量系數、節(jie)流件開孔(kong)面積FO及ε進(jin)行計算,将(jiang)測得的數(shu)據用液晶(jing)适時的顯(xian)示出來,便(bian)于觀察。軟(ruan)件設計流(liu)程圖，如圖(tu)8所示。
　　智能(neng)技術已成(cheng)爲推動科(ke)學技術的(de)關鍵技術(shu),采用智能(neng)技術将是(shi)傳感器檢(jian)測領域的(de)一個重要(yao)的發展方(fang)向,所研究(jiu)和制作的(de)智能差壓(ya)流量計隻(zhi)是流量檢(jian)測的一個(ge)縮影,雖然(ran)能根據流(liu)體的性質(zhi)修改相關(guan)參數,實時(shi)顯示流體(ti)的質量流(liu)量和密度(du),但達到全(quan)智能還有(you)一段距離(li),-一些技術(shu)要進一-步(bu)的深人和(he)完善。

 

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