摘要:智(zhi)能差壓流量(liàng)計 因結構簡(jiǎn)單,操作方便(biàn)得到廣泛應(yīng)用。本文從流(liú)量的特點入(ru)手,結合節流(liú)裝置的工作(zuò)特點，差壓流(liu)量計能實時(shi)當前流體的(de)質量流量和(hé)流體的密度(dù),該流量計能(néng)廣泛應用于(yú)不同流體的(de)質量流量測(cè)量,而且安裝(zhuāng)和設置方便(biàn),不同的流體(ti)隻有通過按(àn)鍵輸入流量(liang)系數和流體(tǐ)膨脹的校正(zheng)系數,按照步(bu)驟安裝好後(hou)就能實時顯(xiǎn)示待測流體(ti)的流量。
　　流量(liang)是指單位時(shi)間内流過管(guan)道某截面液(ye)體的體積或(huo)質量。流體的(de)總量對于計(ji)量物質的損(sun)耗與儲存等(děng)具有重要的(de)意義,在日常(cháng)生活中常常(cháng)要對一段時(shi)間内流過的(de)液體量進行(háng)測量,測量總(zong)量的儀表一(yi)般稱爲流體(ti)計量表或流(liú)量計。工業應(yīng)用中,因不同(tong)流體的粘度(dù)、導電性.腐蝕(shi)性等不一樣(yang)，因此不同流(liu)體的測量方(fāng)法也不盡相(xiàng)同,市場上爲(wèi)了滿足不同(tong)流體的測量(liang)要求,流量計(ji)的種類也比(bǐ)較多。流量計(jì)中差壓型流(liu)量計是使用(yong)量廣的一種(zhǒng)流量計,廣泛(fàn)應用于工礦(kuang)企業、化工、天(tiān)然氣等部門(mén),該流量計具(ju)有結構簡單(dān)、使用壽命長(zhǎng)、适應性強安(an)裝方便等優(you)點。本文主要(yào)以差壓流量(liang)計的設計與(yǔ)應用着手進(jin)行研究和設(shè)計。
1測量方案(an)與原理
　　差壓(ya)式流量計又(yòu)叫節流式流(liú)量計,它是利(lì)用流體流經(jīng)節流裝置時(shí)産生壓力差(chà)的原理來實(shi)現流量測量(liang)的。在實際測(cè)量中，要利用(yòng)節流裝置把(bǎ)被測流體的(de)流量轉換成(cheng)差壓信号,主(zhǔ)要原因是安(ān)裝在管道中(zhōng)節流裝置使(shǐ)得連續流動(dòng)的流體因流(liu)體流邇面積(ji)突然縮小而(ér)形成流束收(shou)縮，使得流速(su)加快,擠過節(jiē)流孔後,流速(su)又降低。由能(neng)量守恒在節(jie)流件前後産(chǎn)生壓力差(靜(jing)壓差)△p=p1-p2,因是節(jie)流裝置,所以(yǐ)有p1>p2。壓力差p1-p2大(dà)小與流過的(de)流體流量之(zhī)間有一定的(de)函數關系，根(gēn)據壓力差就(jiu)可以求得流(liú)量。質量流量(liang)與壓力差的(de)關系式爲:

　　式(shi)中各參數的(de)意義和單位(wei)規定如下:qm爲(wèi)質量流量,kg/s。a爲(wèi)流量系數,可(ke)由實驗确定(ding)。通常根據節(jie)流件形式、管(guǎn)道情況、雷諾(nuò)數、流體性質(zhi)、取壓方式等(děng)查表得到;ε爲(wei)流體膨脹的(de)校正系數,通(tōng).常在0.9~1.0之間。不(bu)可壓縮流體(tǐ)時g=1;可壓縮性(xìng)流體時ε<l;F。爲節(jiē)流件開孔面(mian)積m2。。當已知節(jiē)流件開孔直(zhí)徑d(m)時,ρ爲流體(ti)密度,kg/m3;△p=p1-p2,爲節流(liu)件前後的壓(yā)力差Pa。根據在(zài)圖1中根據流(liu)體的流向,安(ān)裝好節流裝(zhuāng)置,在節流裝(zhuang)置11和22管壁處(chu)的流體靜壓(yā)力産生差異(yi),由位移傳感(gǎn)器得到壓力(lì)差的高度,在(zai)A處安裝标準(zhǔn)的容積和壓(yā)力傳感器,得(de)到流體密度(du)的大小。

　　爲了便于(yú)測量,将差壓(ya)信号進行放(fang)大,濾波,在利(li)用微處理器(qi)進行控制,使(shǐ)之能方便記(jì)錄、存儲和顯(xiǎn)示。在圖1中,利(li)用位移傳感(gan)器可以測量(liàng)出節流裝置(zhì)11和22管壁處的(de)流體靜壓力(li),将壓力的變(bian)化通過電橋(qiáo)的作用，使之(zhī)轉換爲電壓(ya)的變化,爲了(le)便于微處理(li)器能控制,将(jiang)其信号進行(háng)放大和模數(shù)轉換。由于要(yào)測量質量流(liú)量,在A處的壓(ya)力傳感器可(kě)以測量得到(dao)流體密度的(de)大小(測量密(mì)度的原理是(shì)A出的容積是(shi)标定已知的(de),邇過質量大(dà)小除以容積(ji)即可以得到(dao))。由此得到測(cè)量原理框圖(tu)如圖2所示。

2硬(yìng)件電路的分(fen)析與設計
　　根(gen)據測量原理(li)框圖,将各個(ge)部分的電路(lu)設計如下:
2.1電(dian)橋電路
　　電橋(qiáo)電路是将壓(ya)力的變化轉(zhuan)換成電壓信(xin)号的變化,在(zài)實際測量中(zhōng)先調節電橋(qiao)平衡,爲了提(tí)高精度,減小(xiǎo)非線性誤差(chà),選擇将R1和R2加(jiā)入傳感器,-個(gè)增加,另外一(yi)個減小。

2.2電壓(yā)放大電路
　　由(you)電橋輸入的(de)微弱的信号(hao),通過電壓放(fàng)大器放大後(hou),便于A/D轉換器(qi)處理,采用了(le)差分放大電(dian)路,能夠抑制(zhì)共模信号。

2.3A/D轉(zhuan)換電路的設(shè)計
　　此工作可(kě)由單片機内(nei)部的10位AD轉換(huàn)器完成,但發(fa)現單片機的(de)10位AD芯片處理(li)效果不是很(hen)好。采用了兩(liǎng)個AD轉換芯片(piàn),對輸出的信(xìn)号轉換,使用(yòng)單片機控制(zhi)計算,然後送(song)人液晶顯示(shì)其質量流量(liang)的大小。
　　AD1674是--片(piàn)高速12位逐次(cì)比較型A/D轉換(huàn)器,内置雙極(jí)性電路構成(chéng)的混合集成(cheng)轉換顯片,具(ju)有外接元件(jiàn)少,功耗低,精(jing)度高等特點(diǎn),并且具有自(zi)動校零和自(zi)動極性轉換(huàn)功能,隻需外(wai)接少量的電(diàn)阻和電容元(yuán)件即可構成(cheng)一個完整的(de)A/D轉換器。AD8326是TI公(gong)司推出的16位(wei)高速模數轉(zhuan)換器,其轉換(huan)速度快,線性(xìng)度好精度高(gāo)。電路的連接(jie)圖,如圖5和圖(tú)6所示。

2.4顯示電(diàn)路
　　本電路采(cai)用12864液晶來實(shí)時顯示輸出(chū)的流體質量(liàng)流量和密度(dù)的大小。該液(yè)晶具有屏幕(mu)反應速度快(kuai)、對比度高、功(gōng)耗低等優點(dian),可以實現友(yǒu)好的人機交(jiāo)互。爲了簡化(hua)電路,采用串(chuan)口連接。在單(dan)片機的控制(zhì)下,按照要求(qiú)的格式顯示(shì)接收到的數(shu)據和字符信(xìn)息。圖7爲液晶(jing)顯示的連接(jiē)圖。其中D0~D7爲數(shu)據口,R/W爲液晶(jing)讀寫信号,E是(shi)使能端。

3軟件(jiàn)控制設計
　　本(ben)系統所采集(jí)的是電壓放(fang)大電路輸出(chū)的信号,通過(guò)AD轉換後,單片(pian)機從而對兩(liǎng)路模拟信号(hao)進行處理,并(bìng)與流量系數(shù)、節流件開孔(kǒng)面積FO及ε進行(háng)計算,将測得(de)的數據用液(ye)晶适時的顯(xian)示出來,便于(yú)觀察。軟件設(shè)計流程圖，如(ru)圖8所示。
　　智能(neng)技術已成爲(wei)推動科學技(ji)術的關鍵技(ji)術,采用智能(néng)技術将是傳(chuan)感器檢測領(ling)域的一個重(zhong)要的發展方(fang)向,所研究和(he)制作的智能(néng)差壓流量計(ji)隻是流量檢(jiǎn)測的一個縮(suō)影,雖然能根(gēn)據流體的性(xing)質修改相關(guan)參數,實時顯(xian)示流體的質(zhi)量流量和密(mi)度,但達到全(quan)智能還有一(yi)段距離,-一些(xiē)技術要進一(yī)-步的深人和(he)完善。

 

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