摘要:智能(néng)差壓(yā)流量計(jì)
因(yīn)結構簡單(dān),操作方便(biàn)得到廣泛(fàn)應(yīng)用(yòng)。本文(wén)從(cóng)流量的(de)特點入手(shǒu),結合(hé)節流(liú)裝(zhuāng)置(zhì)的工(gōng)作(zuò)特點，差壓流(liú)量計能實(shí)時當(dāng)前流體的(de)質量流量(liàng)和(hé)流體的(de)密度,該流量計(jì)能廣泛應用于(yú)不同流(liú)體的質量流量測量,而(ér)且安(ān)裝和設置(zhì)方便,不同的流(liú)體隻有(yǒu)通(tōng)過按(àn)鍵輸入流量系(xì)數和流體(tǐ)膨脹(zhàng)的校正系數,按(àn)照步驟安裝好(hǎo)後就能實時顯(xiǎn)示待測流(liú)體的(de)流量。
流量是指(zhǐ)單位(wèi)時間内流過管道某截面(miàn)液體的體積或(huò)質量(liàng)。流(liú)體的(de)總(zǒng)量對于計量物(wù)質的損耗與儲(chǔ)存等具(jù)有(yǒu)重要的意義,在日常(cháng)生活中常常要對一段(duàn)時間内(nèi)流過的(de)液體量進行測量,測量總量的(de)儀(yí)表一(yī)般稱爲流體計(jì)量表或流量計(jì)。工業應(yīng)用中,因不同(tóng)流體的粘度、導(dǎo)電性.腐蝕(shí)性等不一樣(yàng)，因(yīn)此不(bú)同流體的(de)測量方(fāng)法(fǎ)也不(bú)盡相同,市場上(shàng)爲了滿(mǎn)足不同流體(tǐ)的(de)測量要(yào)求,流量(liàng)計的種(zhǒng)類也比(bǐ)較多。流(liú)量計中差壓型(xíng)流量計是使用(yòng)量廣的一種流(liú)量計,廣(guǎng)泛(fàn)應用于工礦(kuàng)企業、化工、天(tiān)然氣等部(bù)門,該流量(liàng)計具(jù)有結構簡單、使(shǐ)用壽命(mìng)長(zhǎng)、适應性強安(ān)裝(zhuāng)方便(biàn)等優點。本文主(zhǔ)要(yào)以差壓流量(liàng)計的設計與(yǔ)應(yīng)用着(zhe)手(shǒu)進(jìn)行研(yán)究和(hé)設計。
1測量方案(àn)與(yǔ)原理
差壓式流量計又(yòu)叫節(jiē)流式(shì)流量計,它是(shì)利用流體流(liú)經節流裝(zhuāng)置時(shí)産生壓力(lì)差的原理(lǐ)來實(shí)現流量測量的(de)。在實(shí)際測量中，要利用節流裝(zhuāng)置把(bǎ)被測流體(tǐ)的流量(liàng)轉(zhuǎn)換成(chéng)差壓(yā)信(xìn)号,主要原因是(shì)安(ān)裝在(zài)管道中(zhōng)節流裝(zhuāng)置使(shǐ)得連(lián)續流(liú)動(dòng)的流體因流(liú)體流邇面積突(tū)然縮(suō)小而形成(chéng)流束(shù)收(shōu)縮，使得(dé)流速(sù)加快,擠過(guò)節流孔後(hòu),流速(sù)又降低。由能量(liàng)守恒在節(jiē)流件(jiàn)前後産(chǎn)生壓力差(靜(jìng)壓(yā)差)△p=p1-p2,因是(shì)節流裝置(zhì),所以(yǐ)有p1>p2。壓力(lì)差(chà)p1-p2大小(xiǎo)與流(liú)過的流體(tǐ)流量之間(jiān)有一定的函數關系(xì)，根據(jù)壓力(lì)差就可以求得流量(liàng)。質量流量與壓力差(chà)的關(guān)系式(shì)爲:
式(shì)中各(gè)參數的意(yì)義和(hé)單位(wèi)規定(dìng)如下(xià):qm爲質(zhì)量流量(liàng),kg/s。a爲流量(liàng)系數,可(kě)由實驗(yàn)确定(dìng)。通(tōng)常(cháng)根據(jù)節(jiē)流件形式、管(guǎn)道情(qíng)況、雷諾數(shù)、流體性質、取壓(yā)方式等查表得(dé)到;ε爲(wèi)流體膨脹(zhàng)的校(xiào)正系數,通(tōng).常在0.9~1.0之間(jiān)。不可(kě)壓縮(suō)流體時g=1;可(kě)壓縮性流(liú)體時(shí)ε<l;f。爲節流件開孔(kǒng)面積m2。。當已(yǐ)知節(jiē)流件(jiàn)開(kāi)孔直徑(jìng)d(m)時,
ρ爲(wèi)流體(tǐ)密度(dù),kg/m3;△p=p1-p2,爲節流件前後(hòu)的壓力差pa。根據(jù)在圖1中根據流(liú)體的流(liú)向(xiàng),安裝好節流裝置,在(zài)節流裝(zhuāng)置11和22管壁處(chù)的流體靜(jìng)壓力(lì)産生差異(yì),由位(wèi)移(yí)傳(chuán)感器得到壓力(lì)差的(de)高度,在a處安裝(zhuāng)标準的容積和(hé)壓力(lì)傳感器,得(dé)到流體密度(dù)的大小。
爲了便于(yú)測量,将差(chà)壓(yā)信号進行放(fàng)大,濾波,在利用(yòng)微處理器(qì)進行(háng)控制(zhì),使(shǐ)之能方(fāng)便記錄、存儲和(hé)顯示。在圖1中,利(lì)用位移傳感器(qì)可以測量出節(jiē)流裝置11和22管壁(bì)處的(de)流體(tǐ)靜壓(yā)力,将壓力的變(biàn)化通過電橋的(de)作用，使之轉換(huàn)爲電壓的變化(huà),爲了便于(yú)微處理器(qì)能控制,将(jiāng)其信号進行放大和模數(shù)轉換(huàn)。由于要(yào)測量質(zhì)量流(liú)量,在a處的(de)壓力傳感(gǎn)器可(kě)以測量得(dé)到流(liú)體密度(dù)的(de)大小(測量密(mì)度的原(yuán)理是(shì)a出的容積(jī)是标定已知的(de),邇過(guò)質(zhì)量大小(xiǎo)除以(yǐ)容(róng)積即可以得到)。由此得到測量原理框(kuàng)圖如圖2所(suǒ)示。
2硬(yìng)件電(diàn)路的分析(xī)與設計
根(gēn)據測(cè)量原(yuán)理框圖,将(jiāng)各個部分的電(diàn)路(lù)設計如下:
2.1電(diàn)橋電路
電(diàn)橋電(diàn)路是将壓力的(de)變化轉換成電(diàn)壓信号的變化(huà),在實際測(cè)量中先調節(jiē)電橋平(píng)衡,爲了提(tí)高精(jīng)度,減(jiǎn)小(xiǎo)非線性(xìng)誤差,選擇将r1和r2加(jiā)入(rù)傳感器,-個(gè)增加,另外(wài)一個(gè)減小。
2.2電壓放大(dà)電路
由電橋輸入的(de)微弱的信(xìn)号(hào),通過電壓放(fàng)大器放大後,便(biàn)于a/d轉換器(qì)處理(lǐ),采用了差分放(fàng)大電路,能(néng)夠抑制共模信号。
2.3a/d轉(zhuǎn)換電路的設計(jì)
此工作可(kě)由單片機内部的10位(wèi)ad轉換器完(wán)成,但(dàn)發(fā)現單片機的(de)10位ad芯(xīn)片處理效(xiào)果不是很(hěn)好。采用了兩(liǎng)個ad轉換(huàn)芯片,對輸(shū)出的(de)信号(hào)轉換,使用(yòng)單片(piàn)機控(kòng)制計(jì)算,然(rán)後送人液(yè)晶顯示其(qí)質量流量的大小。
ad1674是(shì)--片高速12位逐次(cì)比較(jiào)型a/d轉換器(qì),内置(zhì)雙極性電路構(gòu)成的混合(hé)集成(chéng)轉(zhuǎn)換(huàn)顯片(piàn),具(jù)有外接元件(jiàn)少,功耗低(dī),精(jīng)度(dù)高等特點(diǎn),并且(qiě)具有自(zì)動校零(líng)和自動極性轉(zhuǎn)換功(gōng)能,隻需外(wài)接少量的電阻(zǔ)和電(diàn)容元(yuán)件即(jí)可構成(chéng)一個完整的a/d轉換(huàn)器。ad8326是ti公司推出(chū)的16位(wèi)高速模(mó)數轉換器,其(qí)轉換(huàn)速度(dù)快,線性(xìng)度好精度高(gāo)。電(diàn)路的連(lián)接圖,如圖5和圖(tú)6所示。
2.4顯示電路(lù)
本電路采(cǎi)用12864液(yè)晶來(lái)實時顯示(shì)輸出的流體質(zhì)量(liàng)流(liú)量和密度(dù)的大(dà)小。該(gāi)液(yè)晶具有屏幕(mù)反應(yīng)速度快(kuài)、對(duì)比度(dù)高、功(gōng)耗低等優(yōu)點,可以實現友(yǒu)好的人機交互(hù)。爲了簡化(huà)電路(lù),采用串(chuàn)口連接(jiē)。在單片(piàn)機(jī)的控(kòng)制下,按照(zhào)要求(qiú)的格式顯示接(jiē)收到的數據和(hé)字符信息。圖7爲(wèi)液晶(jīng)顯示的連(lián)接圖。其中d0~d7爲數(shù)據口,r/w爲液(yè)晶讀(dú)寫信号,e是(shì)使能(néng)端。
3軟件控制設(shè)計
本(běn)系統(tǒng)所采(cǎi)集的(de)是電壓放(fàng)大電(diàn)路輸出的信号(hào),通過(guò)ad轉換(huàn)後,單片機(jī)從而對兩(liǎng)路模拟信(xìn)号(hào)進行處理,并(bìng)與流量系(xì)數、節流件開孔(kǒng)面積fo及ε進行計算,将(jiāng)測得的數(shù)據用(yòng)液晶适時的顯(xiǎn)示出來,便(biàn)于(yú)觀(guān)察。軟(ruǎn)件設計流(liú)程圖，如(rú)圖8所示(shì)。
智能技術已成爲推動科(kē)學技(jì)術的(de)關鍵技術(shù),采用(yòng)智能(néng)技術(shù)将是傳(chuán)感器檢(jiǎn)測領(lǐng)域(yù)的(de)一個(gè)重要(yào)的發展方(fāng)向,所研究和制(zhì)作的智(zhì)能差壓(yā)流量計(jì)隻是流量檢測的一個(gè)縮影,雖然(rán)能根(gēn)據流體的性(xìng)質(zhì)修改相關參數,實時顯示(shì)流體(tǐ)的質量流量和(hé)密度(dù),但達到全(quán)智能還有(yǒu)一段距離(lí),-一些(xiē)技術(shù)要進一-步的深人和完善。
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