摘要:介紹(shào)了一(yī)種渦輪式(shì)氣體流(liú)量(liàng)計 的(de)溫度(dù).壓力補償方法(fǎ)，該(gāi)方(fāng)法采(cǎi)用ms5535b傳(chuán)感(gǎn)器測量(liàng)被測(cè)氣體的溫(wēn)度和壓力(lì)，采用(yòng)軟件方法進行(háng)補償。
0引(yǐn)言(yán).
　　氣體(tǐ)的流(liú)量(liàng)通(tōng)常用(yòng)體積流(liú)量來表(biǎo)示，體積流(liú)量是(shì)指單位時間内(nèi)通過管路(lù)任一(yī)截面的(de)氣(qì)體體(tǐ)積。但(dàn)是由于氣(qì)體(tǐ)分子排列松(sōng)散，随着溫(wēn)度(dù)或(huò)壓力的變(biàn)化，分(fèn)子間距會(huì)發生(shēng)變化(huà)，體積也會發生相應(yīng)的變(biàn)化。體(tǐ)積(jī)與壓力(lì)成反比，與溫度成正比，在溫度(dù)和壓(yā)力變化的情況下，無法計(jì)量和(hé)比較氣體的體積流量，需(xū)要将其(qí)統--轉換(huàn)爲标準狀(zhuàng)态下(xià)的(de)體積流量。工程上氣體流量(liàng)--般都以(yǐ)标(biāo)準狀(zhuàng)态下(xià)的(de)體積流(liú)量來表示(shì)。因此(cǐ)，需要對(duì)工作狀(zhuàng)态下(xià)測得的氣體流(liú)量進(jìn)行溫(wēn)度、壓力補償。
1渦(wō)輪式(shì)氣體流量(liàng)計的溫度、壓力(lì)補償方法
　　渦輪(lún)式氣體(tǐ)流(liú)量計直接測(cè)量的是(shì)工作(zuò)狀态(tài)下氣體的體積(jī)流量(liàng)，标準狀态下氣(qì)體的(de)體積(jī)流量(liàng)爲:
 
　　式中qvn、qv-分别爲(wèi)标準(zhǔn)狀态和工(gōng)作狀态(tài)下(xià)的體(tǐ)積流(liú)量，m³/h;p、t、z-分(fèn)别爲(wèi)工.作狀态(tài)下絕對壓力(pa)，熱力學(xué)溫度(k)和氣體壓(yā)縮系數;pn、tn、zn一分别(bié)爲标準(zhǔn)狀(zhuàng)态下(xià)絕對壓力(pa)，熱力(lì)學溫度(dù)(k)和氣體(tǐ)壓縮系數。
　　由于被測氣體所處(chù)狀态壓(yā)力(lì)較低(dī)，且溫度(dù)大大高于臨(lín)界(jiè)溫度，因(yīn)此可(kě)以(yǐ)按理想氣體計，這時氣(qì)體壓縮系數取爲1甲。将(jiāng)測量得(dé)到的工作狀态(tài)下的溫度(dù)和壓(yā)力數值帶(dài)入(1)式，即可得到補償(cháng)後的氣體(tǐ)流量(liàng)數值(zhí)。
2溫(wēn)度、壓力(lì)測量用(yòng)傳(chuán)感器(qì)
　　工作(zuò)狀态下的(de)溫度、壓(yā)力數值可采用型(xíng)号爲(wèi)ms5535b的集成(chéng)壓力傳(chuán)感器來進行測(cè)量。ms5535b的主(zhǔ)要(yào)功能(néng)是将(jiāng)從(cóng)壓阻式壓力傳(chuán)感(gǎn)器輸出的(de)未經補償模拟電壓值轉(zhuǎn)換爲16位(wèi)的數字(zì)量,同時提供(gòng)-一(yī)個傳(chuán)感器溫度(dù)的16位數字(zì)量。該芯片具有如下特點:
1)0一14bar的絕對壓力(lì)範圍(wéi)
2)芯片中存有用于軟件補(bǔ)償的6個系(xì)數
3)15位的(de)adc
4)3線串行(háng)接口
5)1個系統時(shí)鍾(32.768khz)
6)低電壓低能量消耗
7)供電電(diàn)壓在(zài)2.2v~3.6v
8)低電壓電(diàn)流
9)-40~+125℃工(gōng)作(zuò)溫(wēn)度
　　ms5535b有(yǒu)8個引腳，引腳定義和功能(néng)如(rú)表(biǎo)1所示。
 
3溫(wēn)度(dù)、壓力(lì)測量(liàng)傳(chuán)感器與(yǔ)單片機的(de)接口(kǒu)電路(lù)設計
　　ms5535b與單(dān)片機msp430f147的通信是通過3線同(tóng)步的串行接口實現(xiàn)的。圖1爲壓(yā)力傳(chuán)感器ms5535b和單(dān)片機msp4320f147的硬(yìng)件連接圖(tú)。單片機(jī)msp430f147的(de)p2.1引腳(jiǎo)輸出(chū)同(tóng)步(bù)串行(háng)時鍾(zhōng)信号(hào)，p2.4引腳采(cǎi)樣由ms5535b輸出的(de)數據，p2.2引腳輸出(chū)數據(jù)給ms5535b,p2.0引腳向ms5535b輸出32.768khz的(de)主(zhǔ)時鍾(zhōng)信号(hào)。
 
4軟(ruǎn)件設計(jì)
　　ms5535b輸出的(de)電壓與(yǔ)溫度(dù)和測(cè)量過(guò)程的(de)誤(wù)差有很大關系，所以需(xū)要補償這(zhè)些影(yǐng)響。補償是通過(guò)單片機msp430f147軟件補(bǔ)償來(lái)實現(xiàn)的。補償用的校(xiào)準數(shù)據wordl到word4存儲在ms5535b的(de)64位prom中，可(kě)通過單(dān)片機(jī)msp430f147的軟件讀出用于對(duì)16位的(de)壓力值(d1)和16位溫(wēn)度值(d2)進行(háng)補償，得到用于渦輪(lún)式氣體(tǐ)流(liú)量計溫度、壓力補償(cháng)的壓力值(zhí)和溫(wēn)度值。圖(tú)2描(miáo)述了(le)讀取壓力(lì)值、溫(wēn)度值和軟件補(bǔ)償執行(háng)的(de)過程(chéng)。首先(xiān)，通過串行(háng)接口(kǒu)讀(dú)出wordl到word4。下一一步(bù),用位方(fāng)式邏輯和移位操作(zuò)取出(chū)補償(cháng)系數cl到c6(wordl到(dào)word4的位(wèi)模式(shì)參(cān)考表2)。然後單片(piàn)機(jī)msp430f147通過串行接口(kǒu)讀取(qǔ)16位的(de)壓力(lì)值(d1)和16位溫度(dù)值(d2)。最後(hòu)，通過d1、d2和c1到(dào)c6運用(yòng)圖(tú)2所示的運算(suàn)法則計算出(chū)補(bǔ)償後(hòu)的壓(yā)力值(zhí)。
 
 
　　wordl到word4、d1和d2是(shì)通(tōng)過3線(xiàn)同步(bù)串(chuàn).行(háng)通信(xìn)讀取的。ms5535b在(zài)sclk的上(shàng)升沿采樣一位(wèi)，并且在上(shàng)升沿發送一-位(wèi)，以此(cǐ)來實(shí)現信号轉(zhuǎn)換的(de)同步(bù)。單片(piàn)機msp430f147在sclk的下降沿(yán)采樣從ms5535b的(de)dout引腳(jiǎo)輸出的(de)數(shù)據，并且在(zài)sclk的(de)下降沿(yán)将數據發送到ms5535b的din引腳，sclk信号(hào)是(shì)由單片機msp430f147産生(shēng)的。輸(shū)出數據的(de)選擇通過向ms5535b的din(數據輸入)腳輸(shū)入相(xiàng)應的指令(lìng)來實現。
 
　　如(rú)圖3所(suǒ)示，ms5535b和單(dān)片機msp430f147的每--次通訊都是(shì)以單片機msp430f147向ms5535b芯(xīn)片的din腳發送一-個指令序列開(kāi)始的。在每一-個(gè)指令(lìng)序列之前(qián)都有一一個開(kāi)始序(xù)列(3個(gè)高(gāo)電(diàn)平1),每(měi)一個指令(lìng)序列之後都有(yǒu)一-個(gè)停(tíng)止序列(liè)(3位低電平0)。每一(yī).條指令有(yǒu)四位組成(chéng)，用(yòng)于(yú)選擇由m55535b的(de)dout腳輸出的(de)是壓力、溫(wēn)度或(huò)是校(xiào)準數據。在(zài)輸出(chū)壓力和溫度時，在停止序(xù)列的最(zuì)後(hòu)--位時，ms5535b的dout腳(jiǎo)會輸出-一(yī)個應答信号一(yī)低電平到高(gāo)電(diàn)平的轉換，表示了--次轉換的開(kāi)始。應答信号之後(hòu)，單片機msp430f147向ms5535b的(de)sclk腳輸人2個脈沖，然後(hòu)再輸出低(dī)電平，保持ms5535b的sclk腳(jiǎo)爲低，直到(dào)在ms5535b的(de)dout腳(jiǎo)出現由高到(dào)低的信号，表(biǎo)示轉換結束(shù)。單片機msp430f147通過向ms5535b的sclk腳(jiǎo)輸入另外(wài)的17脈沖讀出ms5535b的dout腳輸(shū)出的(de)16位數字。
　　如果單(dān)片機(jī)msp430f147和ms5535b失去同步性，可以用通過複位指令來重新啓動(dòng)。在每--次轉換指(zhǐ)令之(zhī)前先向ms5535b的(de)din腳發(fā)送(sòng)複位指(zhǐ)令，以(yǐ)防止由于電(diàn)氣沖突協議(yì)長久挂起。
5結論(lùn)
　　氣體(tǐ)渦輪(lún)流量(liàng)計采用ms5535b檢(jiǎn)測工作狀态下的氣(qì)體溫度和壓力(lì),用軟(ruǎn)件實現溫(wēn)度和壓(yā)力(lì)自動(dòng)補償。試驗(yàn)證明(míng)實驗(yàn)樣機(jī)實現(xiàn)了(le)系(xì)統(tǒng)要求的(de)主要(yào)技術指标(biāo)。

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