摘(zhāi)要:介紹了一種(zhǒng)渦輪(lún)式氣(qì)體流(liú)量計 的溫度、壓(yā)力補(bǔ)償方法，該(gāi)方法(fǎ)采用(yòng)ms5535b傳感器測量被(bèi)測氣(qì)體的(de)溫度和壓力(lì),采(cǎi)用軟件方(fāng)法進(jìn)行補(bǔ)償(cháng)。
0引言
　　氣體的流量(liàng)通常用(yòng)體(tǐ)積流(liú)量來(lái)表示，體積(jī)流量是(shì)指(zhǐ)單位(wèi)時間(jiān)内(nèi)通過管(guǎn)路任一(yī)截面的氣體(tǐ)體積。但是(shì)由于氣體(tǐ)分子排列松散，随着(zhe)溫度或(huò)壓(yā)力的變化，分子間距(jù)會發生變化，體積也(yě)會發生相(xiàng)應的變化(huà)。體積(jī)與壓力成反(fǎn)比(bǐ)，與溫度成正比(bǐ)，在溫度和壓力(lì)變化的情況下(xià)，無法(fǎ)計量和比(bǐ)較氣體的體(tǐ)積(jī)流量(liàng)，需要将其(qí)統一(yī)轉換(huàn)爲标(biāo)準狀态(tài)下的體(tǐ)積流(liú)量。工(gōng)程上(shàng)氣體流量--般都(dōu)以标準狀态下的體(tǐ)積流量來表示。因此，需要(yào)對工作狀态下(xià)測得的氣(qì)體(tǐ)流量進(jìn)行溫度、壓(yā)力補償"。
1渦(wō)輪式氣體(tǐ)流(liú)量計的(de)溫度、壓力(lì)補償(cháng)方法.
　　渦輪式氣體流量計(jì)直接測量(liàng)的(de)是工作(zuò)狀态下氣(qì)體的(de)體(tǐ)積流量(liàng)，标準(zhǔn)狀态下氣(qì)體的(de)體積流量爲:
 
　　式(shì)中qvn、qv一分(fèn)别爲标準狀(zhuàng)态和(hé)工作(zuò)狀态下的(de)體積(jī)流量，m³/h;p、t、z一分别爲(wèi)工作狀态下絕(jué)對壓力(pa)，熱力學(xué)溫度(k)和氣體壓縮系(xì)數(shù);pn、tn、zn一-分别(bié)爲标準狀态下(xià)絕對壓力(pa)，熱力(lì)學溫度(dù)(k)和(hé)氣體(tǐ)壓縮系數日。
　　由于被(bèi)測氣體所處狀态壓力較(jiào)低，且溫度(dù)大大.高于臨(lín)界溫度(dù)，因此可以按理想氣(qì)體計，這時(shí)氣體(tǐ)壓縮系數(shù)取爲18。将測量得(dé)到的工作(zuò)狀态下的溫度和壓(yā)力數(shù)值帶入(1)式(shì)，即可得(dé)到補償(cháng)後的氣體(tǐ)流量數值。
2溫度、壓力(lì)測量用傳(chuán)感器
　　工作狀态下的(de)溫度、壓力(lì)數值(zhí)可采(cǎi)用型(xíng)号爲(wèi)ms5535b的集成壓力傳感器(qì)來進行測(cè)量。ms5535b的主要功能(néng)是将(jiāng)從壓(yā)阻(zǔ)式(shì)壓力(lì)傳(chuán)感器輸(shū)出的未經補償(cháng)模拟(nǐ)電壓值轉換爲16位的數字(zì)量，同時提供-一(yī)個傳感(gǎn)器溫度(dù)的16位數(shù)字(zì)量。該芯片具有如下特點:
1)0-14bar的絕對壓(yā)力範(fàn)圍
2)芯片中(zhōng)存有用于軟件(jiàn)補償的6個系數(shù)
3)15位的(de)adc.
4)3線(xiàn)串(chuàn)行接(jiē)口.
5)1個(gè)系統時鍾(zhōng)(32.768khz)
6)低電(diàn)壓(yā)低能量(liàng)消耗(hào)
7)供電電壓(yā)在2.2v~3.6v
8)低電(diàn)壓(yā)電流
9)-40~+125℃工作(zuò)溫度(dù)
ms5535b有8個(gè)引腳，引腳定義和功能如表(biǎo)1所(suǒ)示。
 
3溫度、壓(yā)力測(cè)量傳感器與單片機(jī)的接(jiē)口.電(diàn)路設計
　　ms5535b與單片(piàn)機msp430f147的通信(xìn)是通過3線(xiàn)同(tóng)步的串(chuàn)行接口(kǒu)實(shí)現的。圖1爲壓力(lì)傳感器ms5535b和(hé)單片機msp4320f147的(de)硬件(jiàn)連(lián)接圖。單(dān)片機(jī)msp430f147的p2.1引(yǐn)腳輸(shū)出同(tóng)步串行時(shí)鍾信(xìn)号，p2.4引(yǐn)腳采(cǎi)樣由ms5535b輸(shū)出的數(shù)據，p2.2引(yǐn)腳輸(shū)出數(shù)據給(gěi)ms5535b,p2.0引(yǐn)腳向ms5535b輸(shū)出32.768khz的主時(shí)鍾信号。
 
4軟(ruǎn)件設計
　　ms5535b輸(shū)出的電壓與溫(wēn)度和(hé)測量(liàng)過程(chéng)的誤差(chà)有(yǒu)很大關系，所以需要補償(cháng)這(zhè)些(xiē)影響(xiǎng)。補償(cháng)是通過單(dān)片機msp430f147軟件補償來實(shí)現的。補償(cháng)用的校準數據(jù)wordl到word4存儲在ms5535b的64位(wèi)prom中，可通過單片(piàn)機msp430f147的軟件讀出(chū)用于對16位(wèi)的壓力值(zhí)(d1)和(hé)16位(wèi)溫度(dù)值(d2)進(jìn)行補償，得到用(yòng)于渦輪式(shì)氣體流量計溫度、壓(yā)力補償的(de)壓力值和溫度(dù)值。圖(tú)2描述(shù)了讀(dú)取壓力值(zhí)、溫度值和軟件(jiàn)補償(cháng)執行的過(guò)程。首先，通(tōng)過(guò)串行接(jiē)口讀出wordl到(dào)word4。下一步，用位(wèi)方式邏(luó)輯和移位操(cāo)作(zuò)取出補(bǔ)償系數c1到c6(wordl到word4的位(wèi)模式參考(kǎo)表2)。然後單(dān)片機msp430f147通過(guò)串行接口(kǒu)讀取16位的(de)壓力值(d1)和16位溫度值(d2)。最後，通過(guò)d1、d2和c1到(dào)c6運(yùn)用圖2所示(shì)的運算法則(zé)計算出(chū)補償後(hòu)的壓(yā)力(lì)值(zhí)。
 
 
　　wordl到word4、d1和(hé)d2是通過3線(xiàn)同步(bù)串.行(háng)通信(xìn)讀取(qǔ)的。ms5535b在sclk的，上(shàng)升沿采樣一位，并且(qiě)在上升沿發送一-位，以此來實(shí)現信(xìn)号(hào)轉換的(de)同步。單片機msp430f147在(zài)sclk的下降沿采樣從ms5535b的dout引(yǐn)腳(jiǎo)輸出(chū)的數據，并(bìng)且在sclk的下降沿将數(shù)據(jù)發送到ms5535b的din引腳，sclk信(xìn)号(hào)是由單(dān)片機msp430f147産生(shēng)的。輸出數(shù)據的選擇(zé)通過(guò)向ms5535b的(de)din(數據(jù)輸入)腳輸入相(xiàng)應的指令(lìng)來(lái)實(shí)現。
 
　　如(rú)圖3所示，ms5535b和(hé)單片機(jī)msp430f147的(de)每一次通(tōng)訊都是以(yǐ)單片機msp430f147向(xiàng)ms5535b芯片(piàn)的din腳發送一個(gè)指令序列開始(shǐ)的。在(zài)每一個指(zhǐ)令序列之(zhī)前都有一一個開始(shǐ)序列(3個高電平1),每一個指令序(xù)列之後都有一(yī)個停(tíng)止序列(3位(wèi)低電平(píng)0)。每(měi)一條(tiáo)指令(lìng)有四位組(zǔ)成，用于選(xuǎn)擇由ms5535b的dout腳輸出的是(shì)壓力、溫度或是校準數據。在輸(shū)出壓(yā)力和溫度(dù)時，在(zài)停止序列的最後--位時，ms5535b的(de)dout腳會輸出一個(gè)應(yīng)答(dá)信号一低(dī)電平到高電(diàn)平(píng)的轉(zhuǎn)換，表示了(le)一次(cì)轉(zhuǎn)換的開(kāi)始。應(yīng)答(dá)信(xìn)号之(zhī)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(chí)ms5535b的sclk腳爲低，直(zhí)到在ms5535b的(de)dout腳出現由(yóu)高到(dào)低的信号(hào)，表示轉換結束(shù)。單片(piàn)機msp430f147通(tōng)過(guò)向ms5535b的sclk腳輸入(rù)另外的17脈(mò)沖讀(dú)出ms5535b的dout腳輸(shū)出的(de)16位(wèi)數字。
　　如(rú)果單片機(jī)msp430f147和ms5535b失去同步性，可以用通(tōng)過複位指(zhǐ)令來重新啓動(dòng)。在每--次(cì)轉換指(zhǐ)令之前(qián)先(xiān)向ms5535b的(de)din腳發(fā)送(sòng)複位指(zhǐ)令，以(yǐ)防止(zhǐ)由于電氣沖突協議(yì)長久(jiǔ)挂起。
5結論
　　氣體(tǐ)渦輪流量(liàng)計 采(cǎi)用ms5535b檢測工(gōng)作狀(zhuàng)态下的氣(qì)體溫(wēn)度和(hé)壓力(lì)，用軟件實現(xiàn)溫(wēn)度和壓力(lì)自動(dòng)補償。試驗證明(míng)實驗(yàn)樣機實現(xiàn)了系統要求的(de)主要(yào)技術指标(biāo)。

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