摘要:智能(neng)差壓流量(liang)計
因結構(gou)簡單,操作(zuo)方便得到(dào)廣泛應用(yong)。本文從流(liu)量的特點(diǎn)入手,結合(hé)節流裝置(zhì)的工作特(te)點，差壓流(liu)量計能實(shí)時當前流(liú)體的質量(liang)流量和流(liu)體的密度(dù),該流量計(ji)能廣泛應(yīng)用于不同(tóng)流體的質(zhì)量流量測(ce)量,而且安(an)裝和設置(zhi)方便,不同(tóng)的流體隻(zhī)有通過按(àn)鍵輸入流(liú)量系數和(he)流體膨脹(zhàng)的校正系(xi)數,按照步(bù)驟安裝好(hǎo)後就能實(shi)時顯示待(dai)測流體的(de)流量。
流量(liang)是指單位(wei)時間内流(liu)過管道某(mǒu)截面液體(ti)的體積或(huo)質量。流體(tǐ)的總量對(duì)于計量物(wù)質的損耗(hào)與儲存等(deng)具有重要(yao)的意義,在(zài)日常生活(huó)中常常要(yao)對一段時(shí)間内流過(guò)的液體量(liàng)進行測量(liang),測量總量(liang)的儀表一(yi)般稱爲流(liú)體計量表(biǎo)或流量計(ji)。工業應用(yong)中,因不同(tóng)流體的粘(zhān)度、導電性(xing).腐蝕性等(děng)不一樣，因(yin)此不同流(liu)體的測量(liàng)方法也不(bú)盡相同,市(shì)場上爲了(le)滿足不同(tóng)流體的測(ce)量要求,流(liú)量計的種(zhong)類也比較(jiao)多。流量計(ji)中差壓型(xing)流量計是(shì)使用量廣(guǎng)的一種流(liú)量計,廣泛(fan)應用于工(gong)礦企業、化(huà)工、天然氣(qì)等部門,該(gai)流量計具(jù)有結構簡(jiǎn)單、使用壽(shòu)命長、适應(yīng)性強安裝(zhuāng)方便等優(yōu)點。本文主(zhu)要以差壓(yā)流量計的(de)設計與應(yīng)用着手進(jin)行研究和(hé)設計。
1測量(liang)方案與原(yuan)理
差壓式(shì)流量計又(yòu)叫節流式(shì)流量計,它(ta)是利用流(liu)體流經節(jie)流裝置時(shí)産生壓力(lì)差的原理(li)來實現流(liú)量測量的(de)。在實際測(cè)量中，要利(li)用節流裝(zhuang)置把被測(cè)流體的流(liú)量轉換成(cheng)差壓信号(hao),主要原因(yīn)是安裝在(zài)管道中節(jiē)流裝置使(shi)得連續流(liu)動的流體(tǐ)因流體流(liu)邇面積突(tu)然縮小而(er)形成流束(shù)收縮，使得(dé)流速加快(kuài),擠過節流(liú)孔後,流速(sù)又降低。由(yóu)能量守恒(heng)在節流件(jian)前後産生(sheng)壓力差(靜(jing)壓差)△p=p1-p2,因是(shi)節流裝置(zhi),所以有p1>p2。壓(ya)力差p1-p2大小(xiǎo)與流過的(de)流體流量(liàng)之間有一(yi)定的函數(shu)關系，根據(jù)壓力差就(jiu)可以求得(de)流量。質量(liang)流量與壓(yā)力差的關(guān)系式爲:
式(shì)中各參數(shù)的意義和(hé)單位規定(ding)如下:qm爲質(zhì)量流量,kg/s。a爲(wei)流量系數(shu),可由實驗(yàn)确定。通常(cháng)根據節流(liu)件形式、管(guǎn)道情況、雷(léi)諾數、流體(ti)性質、取壓(yā)方式等查(chá)表得到;ε爲(wei)流體膨脹(zhàng)的校正系(xì)數,通.常在(zai)0.9~1.0之間。不可(kě)壓縮流體(ti)時g=1;可壓縮(suō)性流體時(shí)ε<l;F。爲節流件(jiàn)開孔面積(jī)m2。。當已知節(jie)流件開孔(kǒng)直徑d(m)時,
ρ爲(wei)流體密度(du),kg/m3;△p=p1-p2,爲節流件(jiàn)前後的壓(yā)力差Pa。根據(jù)在圖1中根(gen)據流體的(de)流向,安裝(zhuang)好節流裝(zhuang)置,在節流(liú)裝置11和22管(guǎn)壁處的流(liu)體靜壓力(li)産生差異(yi),由位移傳(chuan)感器得到(dào)壓力差的(de)高度,在A處(chu)安裝标準(zhǔn)的容積和(he)壓力傳感(gǎn)器,得到流(liú)體密度的(de)大小。
爲了(le)便于測量(liang),将差壓信(xìn)号進行放(fang)大,濾波,在(zai)利用微處(chù)理器進行(hang)控制,使之(zhi)能方便記(ji)錄、存儲和(hé)顯示。在圖(tú)1中,利用位(wèi)移傳感器(qì)可以測量(liang)出節流裝(zhuāng)置11和22管壁(bì)處的流體(tǐ)靜壓力,将(jiang)壓力的變(bian)化通過電(dian)橋的作用(yong)，使之轉換(huàn)爲電壓的(de)變化,爲了(le)便于微處(chu)理器能控(kòng)制,将其信(xin)号進行放(fang)大和模數(shù)轉換。由于(yu)要測量質(zhi)量流量,在(zài)A處的壓力(li)傳感器可(kě)以測量得(dé)到流體密(mi)度的大小(xiao)(測量密度(dù)的原理是(shì)A出的容積(ji)是标定已(yǐ)知的,邇過(guò)質量大小(xiǎo)除以容積(ji)即可以得(de)到)。由此得(de)到測量原(yuan)理框圖如(ru)圖2所示。
2硬(ying)件電路的(de)分析與設(shè)計
根據測(ce)量原理框(kuàng)圖,将各個(gè)部分的電(diàn)路設計如(ru)下:
2.1電橋電(dian)路
電橋電(dian)路是将壓(ya)力的變化(huà)轉換成電(diàn)壓信号的(de)變化,在實(shí)際測量中(zhōng)先調節電(diàn)橋平衡,爲(wèi)了提高精(jing)度,減小非(fei)線性誤差(cha),選擇将R1和(he)R2加入傳感(gan)器,-個增加(jia),另外一個(ge)減小。
2.2電壓(yā)放大電路(lù)
由電橋輸(shū)入的微弱(ruo)的信号,通(tōng)過電壓放(fàng)大器放大(da)後,便于A/D轉(zhuan)換器處理(li),采用了差(chà)分放大電(dian)路,能夠抑(yi)制共模信(xin)号。
2.3A/D轉換電(dian)路的設計(ji)
此工作可(ke)由單片機(ji)内部的10位(wèi)AD轉換器完(wán)成,但發現(xian)單片機的(de)10位AD芯片處(chu)理效果不(bu)是很好。采(cai)用了兩個(ge)AD轉換芯片(pian),對輸出的(de)信号轉換(huan),使用單片(piàn)機控制計(ji)算,然後送(song)人液晶顯(xiǎn)示其質量(liàng)流量的大(da)小。
AD1674是--片高(gāo)速12位逐次(ci)比較型A/D轉(zhuǎn)換器,内置(zhì)雙極性電(dian)路構成的(de)混合集成(chéng)轉換顯片(piàn),具有外接(jiē)元件少,功(gōng)耗低,精度(du)高等特點(dian),并且具有(you)自動校零(ling)和自動極(jí)性轉換功(gong)能,隻需外(wài)接少量的(de)電阻和電(dian)容元件即(ji)可構成一(yi)個完整的(de)A/D轉換器。AD8326是(shì)TI公司推出(chu)的16位高速(sù)模數轉換(huàn)器,其轉換(huàn)速度快,線(xian)性度好精(jīng)度高。電路(lù)的連接圖(tu),如圖5和圖(tu)6所示。
2.4顯示(shì)電路
本電(diàn)路采用12864液(yè)晶來實時(shí)顯示輸出(chū)的流體質(zhi)量流量和(he)密度的大(da)小。該液晶(jīng)具有屏幕(mù)反應速度(dù)快、對比度(dù)高、功耗低(dī)等優點,可(kě)以實現友(you)好的人機(ji)交互。爲了(le)簡化電路(lu),采用串口(kǒu)連接。在單(dan)片機的控(kòng)制下,按照(zhao)要求的格(gé)式顯示接(jie)收到的數(shu)據和字符(fu)信息。圖7爲(wèi)液晶顯示(shi)的連接圖(tú)。其中D0~D7爲數(shù)據口,R/W爲液(ye)晶讀寫信(xin)号,E是使能(néng)端。
3軟件控(kòng)制設計
本(běn)系統所采(cǎi)集的是電(dian)壓放大電(dian)路輸出的(de)信号,通過(guò)AD轉換後,單(dan)片機從而(er)對兩路模(mó)拟信号進(jin)行處理,并(bing)與流量系(xi)數、節流件(jian)開孔面積(ji)FO及ε進行計(ji)算,将測得(dé)的數據用(yong)液晶适時(shí)的顯示出(chū)來,便于觀(guān)察。軟件設(shè)計流程圖(tu)，如圖8所示(shì)。
智能技術(shù)已成爲推(tui)動科學技(ji)術的關鍵(jian)技術,采用(yong)智能技術(shu)将是傳感(gǎn)器檢測領(lǐng)域的一個(gè)重要的發(fa)展方向,所(suo)研究和制(zhì)作的智能(neng)差壓流量(liang)計隻是流(liú)量檢測的(de)一個縮影(yǐng),雖然能根(gēn)據流體的(de)性質修改(gai)相關參數(shu),實時顯示(shi)流體的質(zhi)量流量和(hé)密度,但達(da)到全智能(neng)還有一段(duàn)距離,-一些(xiē)技術要進(jìn)一-步的深(shēn)人和完善(shàn)。
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