摘要:介(jie)紹了一(yi)種渦輪(lún)式氣體(tǐ)流量計(jì) 的溫度(dù)、壓力補(bǔ)償方法(fǎ)，該方法(fa)采用MS5535B傳(chuan)感器測(ce)量被測(ce)氣體的(de)溫度和(he)壓力,采(cǎi)用軟件(jiàn)方法進(jìn)行補償(cháng)。
0引言
　　氣(qì)體的流(liu)量通常(chang)用體積(ji)流量來(lai)表示，體(ti)積流量(liang)是指單(dan)位時間(jiān)内通過(guo)管路任(rèn)一截面(miàn)的氣體(tǐ)體積。但(dan)是由于(yú)氣體分(fèn)子排🚶列(liè)松散，随(sui)着溫度(dù)或壓力(li)的變🧑🏾‍🤝‍🧑🏼化(huà)，分子間(jian)距會發(fa)生變化(huà)，體積🔴也(yě)會發生(sheng)相應的(de)變化。體(ti)積與壓(yā)力成反(fan)比，與溫(wēn)度成正(zheng)比，在溫(wēn)度和壓(yā)力變化(huà)的情況(kuàng)下，無法(fǎ)計量和(hé)比較氣(qì)體的體(tǐ)積流量(liang)，需要将(jiāng)其⭐統一(yī)轉換爲(wèi)标準💘狀(zhuang)态下的(de)體積流(liu)量。工程(chéng)上氣❄️體(ti)流量--般(bān)都以标(biāo)準狀态(tài)下的體(ti)積流量(liàng)來表示(shi)。因此，需(xū)要對工(gong)作狀态(tai)下測得(dé)的氣體(ti)流量💚進(jìn)行溫度(du)💋、壓力補(bǔ)償"。
1渦輪(lún)式氣體(ti)流量計(ji)的溫度(dù)、壓力補(bǔ)償方法(fǎ).
　　渦輪式(shi)氣體流(liú)量計直(zhi)接測量(liang)的是工(gōng)作狀态(tài)下氣體(tǐ)的體積(jī)流量，标(biao)準狀态(tai)下氣體(tǐ)的體積(ji)流量爲(wei):
 
　　式中qvn、qv一(yī)分别爲(wèi)标準狀(zhuàng)态和工(gōng)作狀态(tai)下的體(ti)積流量(liang)，m³/h;p、T、Z一分别(bie)爲工作(zuò)狀态下(xia)絕對壓(yā)力(Pa)，熱力(lì)學溫度(dù)(K)和♻️氣體(ti)壓縮系(xì)數;pn、Tn、Zn一-分(fen)别爲标(biāo)準狀态(tai)下絕對(duì)壓力(Pa)，熱(re)力學溫(wēn)度(K)和氣(qì)體壓縮(suo)系數日(rì)🚩。
　　由于被(bèi)測氣體(ti)所處狀(zhuang)态壓力(li)較低，且(qie)溫度大(dà)大.高于(yú)❌臨界👨‍❤️‍👨溫(wen)🙇‍♀️度🔴，因此(cǐ)可以按(àn)理想氣(qì)體計，這(zhe)時氣體(tǐ)壓縮系(xi)數取爲(wei)18。将測量(liang)得到的(de)工作狀(zhuàng)态下的(de)溫度和(he)壓力數(shu)值帶入(rù)(1)式，即可(ke)得到補(bu)償後的(de)氣體流(liú)量數✨值(zhí)。
2溫度、壓(ya)力測量(liang)用傳感(gǎn)器
　　工作(zuo)狀态下(xia)的溫度(du)、壓力數(shù)值可采(cǎi)用型号(hao)爲MS5535B的集(jí)成壓力(lì)傳感器(qi)來進行(hang)測量。MS5535B的(de)主要功(gong)能是将(jiang)從壓阻(zu)式壓力(lì)傳感器(qi)輸🔴出的(de)未經補(bǔ)償模拟(ni)電壓值(zhí)轉換爲(wei)16位的數(shu)字量，同(tong)時提供(gòng)-一🔅個傳(chuán)感器溫(wēn)度的16位(wei)數字量(liàng)。該芯片(piàn)具有如(rú)下特點(diǎn)❤️:
1)0-14bar的絕對(dui)壓力範(fan)圍
2)芯片(piàn)中存有(yǒu)用于軟(ruan)件補償(cháng)的6個系(xi)數
3)15位的(de)ADC.
4)3線串行(háng)接口.
5)1個(gè)系統時(shí)鍾(32.768kHz)
6)低電(dian)壓低能(néng)量消耗(hào)
7)供電電(diàn)壓在2.2V~3.6V
8)低(di)電壓電(diàn)流
9)-40~+125℃工作(zuo)溫度
MS5535B有(yǒu)8個引腳(jiǎo)，引腳定(dìng)義和功(gong)能如表(biǎo)1所示。
 
3溫(wen)度、壓力(li)測量傳(chuán)感器與(yǔ)單片機(jī)的接口(kǒu).電路設(shè)計
　　MS5535B與單(dān)片機MSP430F147的(de)通信是(shì)通過3線(xian)同步的(de)串行接(jie)口實現(xian)的。圖1爲(wèi)壓力傳(chuán)感器MS5535B和(hé)單片機(ji)MSP4320F147的硬件(jiàn)連接圖(tu)。單片機(jī)MSP430F147的P2.1引腳(jiǎo)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(gěi)MS5535B,P2.0引腳向(xiàng)MS5535B輸出32.768kHZ的(de)主時鍾(zhōng)信号。
 
4軟(ruǎn)件設計(jì)
　　MS5535B輸出的(de)電壓與(yǔ)溫度和(he)測量過(guo)程的誤(wu)差有很(hěn)大關系(xì)，所以需(xu)要補償(chang)這些影(ying)響。補償(cháng)是通過(guo)單片機(ji)MSP430F147軟件補(bu)償來實(shí)現的。補(bǔ)償用的(de)校準數(shù)據Wordl到Word4存(cún)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(yu)對16位的(de)壓力值(zhí)(D1)和16位溫(wen)度值(D2)進(jìn)行補償(chang)，得到用(yòng)于渦輪(lún)式氣體(ti)流👨‍❤️‍👨量計(jì)溫度、壓(ya)力補償(chang)的壓力(li)值和溫(wēn)度值。圖(tu)2描述了(le)讀取壓(ya)力值、溫(wen)度值和(he)軟件補(bǔ)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)一步，用(yòng)位方式(shì)邏輯和(he)移位操(cāo)作取出(chu)補償系(xi)📐數C1到C6(wordl到(dao)word4的位模(mo)式參考(kao)表2)。然後(hòu)單片機(ji)MSP430F147通過串(chuàn)行接口(kou)讀取16位(wei)🐪的壓力(li)值(D1)和16位(wei)溫度值(zhi)(D2)。最後，通(tōng)過D1、D2和C1到(dào)C6運用圖(tu)2所示的(de)運算法(fa)✍️則計算(suàn)出補償(cháng)後的壓(yā)力值。
 
 
　　Wordl到(dao)Word4、D1和D2是通(tōng)過3線同(tóng)步串.行(háng)通信讀(dú)取的。MS5535B在(zai)SCLK的，上升(shēng)沿采樣(yang)一位，并(bìng)且在上(shang)升沿發(fa)送一-位(wèi)，以此來(lai)實現信(xin)号轉換(huan)的同步(bu)。單片機(jī)MSP430F147在SCLK的下(xia)降沿采(cai)樣從MS5535B的(de)DOUT引腳輸(shu)出的數(shù)據，并且(qie)在SCLK的下(xià)降沿将(jiāng)數據發(fa)送到MS5535B的(de)DIN引腳，SCLK信(xìn)号是由(yóu)單片機(ji)MSP430F147産生的(de)。輸出數(shù)據的選(xuǎn)擇通過(guo)向MS5535B的DIN(數(shu)據輸入(rù))腳輸入(ru)相🌍應的(de)指令來(lai)實現。
 
　　如(ru)圖3所示(shi)，MS5535B和單片(pian)機MSP430F147的每(mei)一次通(tong)訊都是(shi)以單片(piàn)機MSP430F147向MS5535B芯(xīn)片的DIN腳(jiao)發送一(yi)個指令(ling)序列開(kāi)始的。在(zai)每一個(gè)指令💰序(xù)列之前(qián)都有⭐一(yi)一個開(kai)始序列(lie)(3個高電(dian)平1),每一(yi)個指令(lìng)序列之(zhi)後都有(you)一個停(ting)止序列(lie)(3位低電(dian)平💚0)。每一(yi)條指令(ling)有四位(wèi)組成，用(yòng)于選擇(zé)由MS5535B的DOUT腳(jiao)輸出的(de)是壓力(li)、溫度或(huò)是校準(zhun)數據。在(zài)輸出壓(yā)力和溫(wen)度時，在(zài)停止序(xu)列的最(zuì)後--位時(shi)，MS5535B的DOUT腳會(huì)輸出一(yi)個應答(da)信号一(yī)低電平(píng)到高✊電(diàn)平的轉(zhuǎn)換，表示(shi)了一次(cì)轉換的(de)開💚始。應(ying)答信号(hao)之後，單(dān)片機MSP430F147向(xiang)MS5535B的SCLK腳輸(shū)💰人2個脈(mo)沖，然後(hou)再輸出(chū)💰低電平(píng)，保持MS5535B的(de)SCLK腳爲低(di)，直到在(zai)MS5535B的DOUT腳出(chū)現由高(gao)到低的(de)信号，表(biǎo)示轉💚換(huan)結束。單(dān)片機🐉MSP430F147通(tōng)過向MS5535B的(de)SCLK腳輸入(rù)另外的(de)17脈沖讀(du)出MS5535B的DOUT腳(jiǎo)輸出的(de)16位數字(zì)。
　　如果單(dan)片機MSP430F147和(he)MS5535B失去同(tong)步性，可(ke)以用通(tong)過複位(wèi)指令來(lái)重☁️新啓(qǐ)動。在每(měi)--次轉換(huàn)指令之(zhī)前先向(xiàng)MS5535B的DIN腳發(fā)送複位(wei)指令，以(yǐ)防止由(you)于電氣(qi)沖突協(xié)議長久(jiu)挂起。
5結(jie)論
　　氣體(ti)渦輪流(liú)量計 采(cǎi)用MS5535B檢測(ce)工作狀(zhuàng)态下的(de)氣體溫(wen)度和壓(yā)力，用軟(ruan)件實㊙️現(xiàn)溫度和(hé)🏃🏻‍♂️壓力自(zi)動補償(chang)。試驗證(zhèng)明實驗(yàn)樣機實(shí)現了系(xi)統🔴要求(qiu)的主要(yao)技🌏術指(zhi)标。

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