摘(zhāi)要:介紹(shao)了一種(zhong)渦輪式(shì)氣體流(liú)量計 的(de)溫度.壓(yā)力補償(cháng)方法，該(gai)方法采(cǎi)用MS5535B傳感(gǎn)器測量(liàng)被測氣(qì)體的🤩溫(wēn)度和壓(yā)力，采用(yong)軟件方(fāng)法進行(hang)補償。
0引(yǐn)言.
　　氣體(ti)的流量(liàng)通常用(yong)體積流(liú)量來表(biǎo)示，體積(jī)流量是(shì)指單位(wei)時間内(nei)通過管(guan)路任一(yi)截面的(de)氣體體(ti)積。但是(shi)由于氣(qi)體分子(zǐ)排列松(sōng)👉散，随着(zhe)溫度或(huo)壓力的(de)變化，分(fen)子間距(jù)會發生(shēng)變化，體(ti)積也會(hui)發生相(xiang)應的變(biàn)化。體積(jī)與壓力(li)成反比(bǐ)，與溫度(dù)成正比(bi)，在溫度(dù)和壓力(lì)變化的(de)情況下(xià)，無法計(jì)量和比(bi)較氣體(tǐ)的體積(jī)流量，需(xū)要将其(qí)統🔴--轉換(huàn)爲标準(zhǔn)狀态下(xia)的體積(jī)流💘量。工(gong)程上氣(qi)體流量(liàng)--般都以(yi)标🐕準狀(zhuang)态下的(de)體積流(liú)量來表(biao)示。因此(ci)，需要對(duì)工作狀(zhuang)态下測(cè)得的氣(qi)體流量(liang)進行溫(wēn)度、壓力(li)補償。
1渦(wō)輪式氣(qì)體流量(liàng)計的溫(wēn)度、壓力(li)補償方(fang)法
　　渦輪(lún)式氣體(tǐ)流量計(ji)直接測(cè)量的是(shì)工作狀(zhuang)态下氣(qì)體的體(ti)積⚽流量(liàng)，标準狀(zhuàng)态下氣(qi)體的體(ti)積流量(liang)爲:
 
　　式中(zhong)qvn、qv-分别爲(wei)标準狀(zhuàng)态和工(gong)作狀态(tài)下的體(ti)積流量(liang)，m³/h;p、T、Z-分♍别爲(wèi)工🐅.作狀(zhuang)态下絕(jué)對壓力(lì)(Pa)，熱力學(xue)溫度(K)和(he)氣體壓(yā)縮⭕系數(shù);pn、Tn、Zn一分别(bie)爲标準(zhun)狀态下(xià)絕對壓(ya)力(Pa)，熱力(lì)學溫度(du)(K)和氣體(ti)壓縮系(xì)數。
　　由于(yú)被測氣(qì)體所處(chu)狀态壓(yā)力較低(dī)，且溫度(dù)大大高(gāo)于臨界(jiè)溫度，因(yīn)此可以(yi)按理想(xiang)氣體計(jì)，這時氣(qi)體壓縮(suō)系數取(qǔ)爲1甲。将(jiang)測量得(dé)到的工(gōng)作狀态(tài)下的溫(wen)度和壓(ya)力數值(zhi)帶入(1)式(shì)，即可得(de)到補償(chang)後🌐的氣(qi)體流量(liang)數值。
2溫(wen)度、壓力(li)測量用(yong)傳感器(qi)
　　工作狀(zhuang)态下的(de)溫度、壓(yā)力數值(zhi)可采用(yong)型号爲(wèi)MS5535B的集成(cheng)壓力傳(chuan)✨感器來(lai)進行測(cè)量。MS5535B的主(zhu)要功能(neng)是将從(cóng)壓阻式(shi)壓力傳(chuán)感器輸(shu)出的未(wèi)經補償(chang)模拟電(diàn)壓值轉(zhuan)換爲16位(wèi)的數字(zì)量,同時(shí)提供-一(yī)個傳感(gǎn)🔞器溫度(dù)的16位🏃數(shu)字量。該(gāi)芯片具(jù)有如下(xia)特點:
1)0一(yi)14bar的絕對(duì)壓力範(fàn)圍
2)芯片(piàn)中存有(you)用于軟(ruǎn)件補償(chang)的6個系(xì)數
3)15位的(de)ADC
4)3線串行(hang)接口
5)1個(ge)系統時(shi)鍾(32.768kHz)
6)低電(diàn)壓低能(neng)量消耗(hao)
7)供電電(diàn)壓在2.2V~3.6V
8)低(dī)電壓電(diàn)流
9)-40~+125℃工作(zuo)溫度
　　MS5535B有(you)8個引腳(jiǎo)，引腳定(ding)義和功(gong)能如表(biao)1所示。
 
3溫(wen)度、壓力(li)測量傳(chuán)感器與(yǔ)單片機(ji)的接口(kǒu)電路設(she)計⛱️
　　MS5535B與單(dan)片機MSP430F147的(de)通信是(shì)通過3線(xiàn)同步的(de)串行接(jie)口實現(xian)的。圖1爲(wei)壓力傳(chuán)感器MS5535B和(hé)單片機(ji)MSP4320F147的硬件(jiàn)連接圖(tú)。單片機(ji)MSP430F147的P2.1引腳(jiao)輸出同(tóng)步串行(háng)時鍾信(xìn)号，P2.4引腳(jiao)采樣由(you)MS5535B輸出的(de)數據，P2.2引(yin)腳輸出(chū)數據給(gei)MS5535B,P2.0引腳向(xiàng)MS5535B輸💛出32.768kHZ的(de)主時鍾(zhong)信号。
 
4軟(ruǎn)件設計(ji)
　　MS5535B輸出的(de)電壓與(yu)溫度和(he)測量過(guo)程的誤(wù)差有很(hen)大關系(xi)☔，所以需(xū)要補償(cháng)這些影(yǐng)響。補償(chang)是通過(guo)單片機(jī)MSP430F147軟件補(bu)償來實(shí)現的。補(bu)償用的(de)校準數(shu)據Wordl到Word4存(cun)儲在MS5535B的(de)64位PROM中，可(kě)💯通過單(dān)片機MSP430F147的(de)軟件讀(dú)出用于(yú)對16位的(de)壓力值(zhí)(D1)和16位溫(wēn)度值(D2)進(jin)行補償(chang)，得到用(yong)于渦輪(lún)式氣體(tǐ)流量計(ji)溫度、壓(yā)力補償(cháng)的壓力(lì)值和溫(wen)度🙇‍♀️值。圖(tú)2描述了(le)讀取壓(ya)力值、溫(wēn)度值和(he)軟件補(bu)償執行(hang)的過程(chéng)。首先，通(tong)過串行(hang)接口讀(du)👨‍❤️‍👨出wordl到word4。下(xia)一一步(bù),用位方(fāng)式邏輯(jí)和移位(wei)操作取(qu)出補償(cháng)💃🏻系數Cl到(dào)C6(wordl到word4的位(wèi)模式參(cān)考表2)。然(ran)後單片(pian)機MSP430F147通過(guò)串行接(jiē)🈚口讀取(qǔ)16位的壓(yā)力值(D1)和(he)⭐16位溫度(dù)值(D2)。最後(hou)，通過D1、D2和(he)C1到C6運用(yong)🏒圖2所示(shi)的運算(suàn)法則計(ji)算♉出補(bu)償後的(de)壓力值(zhi)。
 
 
　　Wordl到Word4、D1和D2是(shi)通過3線(xiàn)同步串(chuàn).行通信(xìn)讀取的(de)。MS5535B在SCLK的上(shang)升沿采(cai)🍉樣一位(wèi)，并且在(zai)上升沿(yan)發送一(yī)-位，以此(ci)來實現(xiàn)信号轉(zhuan)換的同(tong)步。單片(pian)機MSP430F147在🐉SCLK的(de)下降沿(yan)采樣從(cóng)MS5535B的DOUT引腳(jiao)輸出的(de)數據，并(bing)且在SCLK的(de)下降沿(yan)将數據(ju)發送到(dao)MS5535B的DIN引腳(jiao)，SCLK信号是(shì)由單片(pian)機MSP430F147産生(sheng)的。輸出(chū)數據的(de)選擇通(tōng)過向MS5535B的(de)DIN(數據輸(shu)🔴入)腳輸(shū)入相應(ying)的指令(ling)來🔴實現(xian)。
 
　　如圖3所(suo)示，MS5535B和單(dan)片機MSP430F147的(de)每--次通(tōng)訊都是(shì)以單片(piàn)機MSP430F147向MS5535B芯(xin)片㊙️的DIN腳(jiǎo)發送一(yi)-個指令(lìng)序列開(kāi)始的。在(zài)每一-個(ge)指令序(xù)🈲列之前(qian)都有一(yī)一個開(kāi)始序列(liè)(3個高電(dian)平1),每一(yī)個指令(ling)💞序列之(zhi)後都有(yǒu)一-個停(ting)止序列(lie)(3位低電(diàn)平0)。每一(yī).條指令(lìng)有四位(wei)組成，用(yòng)于選擇(zé)由M55535B的DOUT腳(jiao)🎯輸出的(de)是壓力(li)、溫度或(huò)是校準(zhǔn)數據🏃‍♂️。在(zai)輸出壓(ya)力和溫(wen)度時，在(zai)停止序(xù)列的最(zui)後--位時(shí)，MS5535B的DOUT腳會(hui)輸出-一(yī)個應答(dá)信号一(yī)低電平(ping)到高電(diàn)平的轉(zhuǎn)☎️換，表示(shì)了👄--次轉(zhuan)換的開(kāi)始。應答(dá)信号之(zhi)後，單片(piàn)機MSP430F147向MS5535B的(de)SCLK腳輸人(rén)2個🌍脈沖(chong)，然後再(zài)輸出低(di)電平，保(bao)持MS5535B的SCLK腳(jiao)爲低，直(zhi)到在MS5535B的(de)DOUT腳出現(xian)由高🧑🏽‍🤝‍🧑🏻到(dao)低的信(xin)号，表示(shì)轉換結(jie)束。單片(pian)機MSP430F147通過(guò)向MS5535B的SCLK腳(jiao)輸🈚入另(ling)外的17脈(mò)沖讀出(chu)MS5535B的DOUT腳輸(shū)出的16位(wèi)數字。
　　如(ru)果單片(pian)機MSP430F147和MS5535B失(shi)去同步(bù)性，可以(yi)用通過(guò)複位指(zhǐ)令來重(zhong)新啓動(dòng)。在每--次(ci)轉換指(zhi)令之前(qian)先向MS5535B的(de)DIN腳發送(sòng)💁複位🌂指(zhǐ)令，以防(fang)止由于(yú)電✊氣沖(chòng)突協議(yi)長久挂(guà)起。
5結論(lun)
　　氣體渦(wo)輪流量(liang)計采用(yòng)MS5535B檢測工(gong)作狀态(tai)下的氣(qì)體溫☔度(dù)和💃🏻壓力(li),用軟件(jian)實現溫(wēn)度和壓(ya)力自動(dòng)補償。試(shi)驗證明(ming)實驗樣(yang)機實現(xian)了系統(tǒng)要求的(de)主要技(ji)術指标(biao)。

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