摘要:設(shè)計以(yǐ)pic單片(piàn)機爲(wèi)核心(xīn)的 智能渦(wō)輪流量計(jì) ，用于(yú)蒸汽(qì)流量的測(cè)量。結合氣體流量(liàng)與密度的特(tè)點設(shè)計溫(wēn)度(dù)壓力補(bǔ)償電路，并(bìng)用串口液晶顯(xiǎn)示模(mó)塊實時顯(xiǎn)示所測的流量(liàng)大小(xiǎo)、溫(wēn)度(dù)和(hé)壓(yā)力，同(tóng)時可利用(yòng)鍵盤進(jìn)行參數的設定(dìng)和修改(gǎi)。該(gāi)方案節省了(le)資源(yuán)，提高(gāo)了性(xìng)價比(bǐ)，保證(zhèng)了系統的(de)精度和實時性。
　　在現代工(gōng)業(yè)生産(chǎn)和流通(tōng)等領(lǐng)域，流量(liàng)檢(jiǎn)測是計量(liàng)管理(lǐ)、貿易結算的第(dì)一可(kě)靠(kào)性依據，也是(shì)一(yī)門(mén)實用(yòng)性很強的(de)檢測(cè)技術(shù);但(dàn)流體的(de)複雜性決定了(le)流量(liàng)檢測的問(wèn)題也很(hěn)多，氣體(tǐ)流量(liàng)的溫(wēn)度壓力補償(cháng)問(wèn)題就(jiù)是其(qí)中(zhōng)之(zhī)一。流(liú)量傳(chuán)感(gǎn)器在測(cè)量同(tóng)樣介質的(de)流體流(liú)量參數時都是(shì)工況流(liú)量，尤其(qí)是(shì)氣體(tǐ),即便測量結果相同，由于受溫(wēn)度和(hé)壓(yā)力(lì)的影響,在轉(zhuǎn)換成标準流(liú)量(liàng)時結果往往(wǎng)也是不一(yī)緻的。這就産生(shēng)了流(liú)量(liàng)檢(jiǎn)測中的溫度壓(yā)力補(bǔ)償問題。
　　在(zài)使用流量(liàng)計測流量(liàng)時(shí)，使用者(zhě)如果(guǒ)不考(kǎo)慮(lǜ)溫度壓(yā)力補償的(de)話，得到的結(jié)果往往(wǎng)會與正确(què)結果(guǒ)大相徑庭，無法(fǎ)進行貿易結(jié)算(suàn)或工藝考核。液(yè)體體積幾(jǐ)乎不受壓(yā)力影(yǐng)響，僅(jǐn)和溫(wēn)度有關，而(ér)且當溫度變(biàn)化(huà)範圍很小時，液體體(tǐ)積(jī)的(de)變化(huà)也極(jí)小;但是氣體受壓力、溫度(dù)影響所引起的流體特(tè)性的變(biàn)化很大，在流量檢測(cè)中，氣體流(liú)量溫度(dù)壓力補(bǔ)償的意義重大(dà)。
1渦輪(lún)流量(liàng)計工(gōng)作原理
　　渦輪流量計 作爲(wèi)最通(tōng)用的流量計具(jù)有精度高、重複(fú)性好等優(yōu)點，廣(guǎng)泛用于高壓、高(gāo)溫、低溫及微流量的測量中。渦(wō)輪流量計是(shì)一(yī)種速度式(shì)流量計，它(tā)是由渦輪(lún)、軸承(chéng)、前(qián)置放大(dà)器(qì)、顯示儀表組(zǔ)成。被測流體沖(chòng)擊渦輪葉(yè)片，使(shǐ)渦輪旋(xuán)轉(zhuǎn)，渦輪的轉速随流量(liàng)的變化而(ér)變化(huà)，即流(liú)量大，渦輪(lún)的轉(zhuǎn)速也(yě)大，再(zài)經磁電轉換裝置把渦輪(lún)的轉(zhuǎn)速轉換爲相應(yīng)頻率(lǜ)的電(diàn)脈沖(chòng)，經前(qián)置放大器(qì)放大後，送(sòng)入顯(xiǎn)示儀(yí)表進行計數(shù)和顯示(shì)，根據(jù)單位(wèi)時(shí)間内的(de)脈沖數和累計(jì)脈沖(chòng)數即可求(qiú)出瞬(shùn)時流量和(hé)累積流(liú)量(liàng)"。當流(liú)體沿着管道的(de)軸線方向流動(dòng)、并沖擊渦(wō)輪葉(yè)片時，流(liú)經渦輪變(biàn)送器的流體(tǐ)體積(jī)流量：
 
2硬件電路設計
2.1總體(tǐ)設計
　　該系(xì)統以pic單片機爲控制(zhì)核心(xīn)，包括(kuò)流量(liàng)信号采集(jí)模(mó)塊、溫度(dù)和壓力信(xìn)号采集(jí)模塊、鍵盤以及(jí)顯示模(mó)塊5個部分。流量(liàng)信号采集模塊(kuài)使用渦輪(lún)流量(liàng)計采集流量信(xìn)号，經過外(wài)圍電(diàn)路處理後送入(rù)單片機，測量其(qí)頻率(lǜ)，用于流量(liàng)計算;溫度和壓力采(cǎi)集(jí)模塊将(jiāng)采.集到(dào)的溫度(dù)和壓(yā)力通過(guò)a/d轉(zhuǎn)換後送(sòng)入單片(piàn)機，用.于氣體的(de)密度計算(suàn)，對氣(qì)體流(liú)量進行補(bǔ)償;鍵盤模(mó)塊實(shí)現對儀(yí)表參數(shù)的設置(zhì)、各顯示(shì)内容(róng)之間(jiān)的轉(zhuǎn)換操作;顯(xiǎn)示模(mó)塊實現瞬時流(liú)量、累(lèi)積流(liú)量、溫(wēn)度和(hé)壓(yā)力的顯(xiǎn)示。系統的(de)總體結(jié)構圖如圖1所(suǒ)示。
 
2.2pic單片機
　　pic單(dān)片機采(cǎi)用哈(hā)佛總(zǒng)線結構，精簡指令,運(yùn)行速度快，價格(gé)低廉(lián)，低功耗，内(nèi)部具(jù)有8通(tōng)道10位a/d轉換器，最(zuì)大有(yǒu)8kx14字節的hash程(chéng)序存(cún)儲(chǔ)器(qì)，工作電壓(yā)範圍寬，帶(dài)振蕩(dàng)式(shì)看門狗，不需要任(rèn)何外部器件(jiàn)。在該系統設計(jì)中(zhōng)具有(yǒu)較(jiào)大的(de)優勢。
2.3流(liú)量檢測電路
　　渦(wō)輪脈沖信号經(jīng)濾波(bō)整形放大(dà)後,再(zài)經(jīng)過(guò)光電(diàn)隔離電路後進(jìn)入pc16f877單片機(jī)進行(háng)脈沖頻(pín)率(lǜ)測量，從而測(cè)量(liàng)出流(liú)量的(de)大小。
2.4溫度(dù)壓力(lì)檢測(cè)電路(lù)
　　采壓力傳感器(qì)154n對氣體壓力進行檢測。該傳感(gǎn)器屬于壓阻式半導(dǎo)體壓力傳(chuán)感器，用(yòng)電阻構成電橋後接電(diàn)壓跟随器(qì)送至(zhì)ra0口。.将(jiāng)pt100檢測到的(de)溫度信号經a、b兩個電(diàn)壓跟.随器(qì)後分别送至減法電路(lù)和放大(dà)電路(lù)，再(zài)經減法器e後進入(rù)單片(piàn)機的ra1口。
　　此時有(yǒu)u7e=100uia-200ib，電位器rv3用(yòng)來調零，當其阻(zǔ)值調(diào)至和pt100阻值相同(tóng)時，此時u7e爲零，未(wèi)調整時即爲常(cháng)溫值。其原理如圖2所(suǒ)示.
　　爲了提(tí)高系(xì)統的測量(liàng)精度,壓力檢測(cè)和溫度檢測均(jun1)采用im334恒流源向(xiàng)其提供恒定的電流(liú)，同時添加(jiā)一個(gè)電(diàn)阻和一(yī)個二極(jí)管以獲(huò)得零(líng)點漂(piāo)移操(cāo)作。
 
3.系(xì)統(tǒng)軟件設(shè)計
3.1總體設計
　　系統軟(ruǎn)件包括初(chū)始化程(chéng)序(xù)、主程(chéng)序、中斷控(kòng)制程(chéng)序、流量(liàng)、溫(wēn)度、壓(yā)力檢(jiǎn)測程序以(yǐ)及鍵盤(pán)顯示程(chéng)序等(děng)。初(chū)始化程序主要(yào)完(wán)成單(dān)片機初始化和(hé)設置計(jì)數(shù)方式(shì)等。主程序主要(yào)通過查詢(xún)标志位set_run和(hé)operate來(lái)判(pàn)斷程(chéng)序是(shì)運行狀态(tài)還是(shì)設置狀态(tài)，然後調用(yòng)相應(yīng)的處(chù)理子程(chéng)序(xù)。首先開(kāi)全(quán)局中(zhōng)斷，允許(xǔ)單片機(jī)響應所有中斷源産(chǎn)生的中斷(duàn)請求;當(dāng)單片機(jī)查詢(xún)到(dào)标志位(wèi)set_run被置位時(shí)，就進(jìn)入設(shè)置狀(zhuàng)态，對儀(yí)表系(xì)數進行(háng)設定;進入運(yùn)行(háng)狀态後(hòu)還要查詢标志位operate是否(fǒu)被置位，被(bèi)置位後就進(jìn)行溫度(dù)與壓力的.a/d轉換(huàn)、流量(liàng)的計算和數據的(de)儲存。中(zhōng)斷程(chéng)序用于查(chá)詢定時(shí)時(shí)間，進入中斷服(fú)務(wù)子程序完成(chéng)流量(liàng)采集、工作(zuò)狀況(kuàng)“下溫度和壓力采集，瞬(shùn)時流量(liàng)和累積流(liú)量的計算(suàn)。系(xì)統主流(liú)程圖如(rú)圖3所示。
 
3.2流量(liàng)溫度壓力信(xìn)号采集
　　流量(liàng)信号的采集主(zhǔ)要通過計(jì)數器(qì)mr0中斷(duàn)服務程序(xù)完成(chéng)，采用(yòng)定時(shí)器模(mó)式，定時時(shí)間設爲1so定時時間到(dào)，比較(jiào)寄存(cún)器裏面的内容，大于(yú)1s則對計數(shù)器imr1讀數，以(yǐ)獲得(dé)流量信号的(de)頻(pín)率，并清零;小于(yú)1s,則加1後結束。
　　溫(wēn)度和壓力信号的采(cǎi)集(jí)是通過(guò)pici6f877單片機内(nèi)部的adc模塊将其轉換(huàn)成數字量(liàng)，采樣完成(chéng)後計算出(chū)溫度和壓力值(zhí)，并将(jiāng)這兩(liǎng)個(gè)數(shù)值在(zài)液晶(jīng)屏上顯示出(chū)來(lái)。.
3.3鍵盤(pán)顯示
　　設置3個鍵(jiàn)盤，利用電平變(biàn)化中斷功能來(lái)實現，采(cǎi)用延時去抖法(fǎ)，按鍵有(yǒu)效就進入按鍵處理程(chéng)序(xù)。f表示(shì)功能(néng)鍵，用ki來表(biǎo)示，每按一-次表(biǎo)示在(zài)流(liú)量顯示(shì)和溫度、壓力顯(xiǎn)示間(jiān)切換，-表示(shì)移位鍵(jiàn)，用k2表示，↑爲增加(jiā)鍵(jiàn)，用k3表(biǎo)示。如果f+→(即kl+k2)被按(àn)下，則設(shè)置标志(zhì)位置(zhì)1,主程序查(chá)詢到(dào)其置(zhì)1後，就(jiù)進入(rù)設置狀态。在該狀态下，→(k2)鍵(jiàn)定義(yì)爲移(yí)位鍵(jiàn)，以閃(shǎn)爍表(biǎo)示光(guāng)标所(suǒ)在位，每.按(àn)一次(cì)，閃爍移到(dào)下一位(wèi)，到(dào)最後(hòu)一位回閃(shǎn)第一(yī)一位。↑(k3)定義(yì)爲增(zēng)加鍵(jiàn)，對光标所(suǒ)在位的(de)數(shù)值進行修(xiū)改，每按--次(cì)，循環(huán)增加一個(gè)定義單位(wèi)，定義(yì)單位視參數(shù)類型而定。當程序(xù)查詢(xún)到(dào)↑+→(k2+k3)被(bèi)按下(xià)時，就(jiù)把(bǎ)累(lèi)積流量清(qīng)零，并把标(biāo)志位置1,當查詢(xún)到f(k1)鍵(jiàn)被(bèi)按下時，每按-一次(cì)，在流(liú)量顯(xiǎn)示和溫度、壓力顯示之間(jiān)切換。
采用段式液晶顯示器lcm103來(lái)顯示瞬時(shí)和累計流(liú)量(liàng)，同(tóng)時實(shí)時(shí)顯(xiǎn)示溫度和壓力(lì)"。
4溫(wēn)壓補償(cháng)的實(shí)現
　　一(yī)般來(lái)說，在生(shēng)産(chǎn)中大(dà)多要(yào)求得到氣(qì)體的(de)質量流量(liàng)，由于氣體體積(jī)受溫度和(hé)壓力(lì)的影響太大,在溫度和壓(yā)力不(bú)斷變化的環境中得(dé)出(chū)的流量(liàng)需要補償(cháng)換算(suàn)。
　　在得(dé)到(dào)了渦輪流量計輸出的流量信号、測量(liàng)介質的溫(wēn)度和(hé)壓力後，就(jiù)可以(yǐ)進行(háng)飽和(hé)蒸汽(qì)質量(liàng)流(liú)量的實(shí)時計算了(le)。由公(gōng)式(2)可知，頻率f已經通過imr1計(jì)數器測得，隻要再得(dé)到密度q就(jiù)可以(yǐ)計算(suàn)飽和蒸汽(qì)的質量流量了。飽和蒸汽的密度q和(hé)它的(de)溫度壓力(lì)有關，其關(guān)系(xì)如表(biǎo)1所(suǒ)示。可以看(kàn)到，密(mì)度q隻是溫度或者壓(yā)力的(de)函數，而不(bú)是它們兩個參(cān)數的函數,所以(yǐ)隻要(yào)通過表1的(de)數據拟合出一(yī)條溫度(dù)-密(mì)度(或者壓力.密度)的(de)曲線，測出溫度(dù)(或者壓力(lì))值就(jiù)可以得到(dào)密度(dù)值。拟合溫度-密(mì)度曲線或者壓力-密(mì)度曲(qǔ).線均(jun1)可，但溫度和壓(yā)力都要顯示出(chū)來。
 
　　由溫(wēn)度(dù)的a/d采(cǎi)樣值(zhí)和密度值(zhí)間的關系式，根.據公式(2)就可以(yǐ)進行流(liú)量(liàng)的質(zhì)量流(liú)量計算。
5結(jié)束語(yǔ)
　　基于(yú)pic單片(piàn)機的智能渦輪(lún)流量計設計，節(jiē)省了資(zī)源(yuán)，提高了系統(tǒng)性價比，同時又由(yóu)于采(cǎi)用了合理的溫(wēn)度壓力檢(jiǎn)測方(fāng)法和新的(de)補償方式，可(kě)以盡可(kě)能地(dì)消除(chú)系統誤差，較爲快速(sù)正确地計算(suàn)溫(wēn)度壓力變(biàn)化時(shí)流體的(de)密度和(hé)流量(liàng)值，保(bǎo)證了(le)系統的精度和實時性，具有較(jiào)好的應用價值(zhí)。

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