摘要:介紹(shao)了一種渦輪式(shi)氣體流量計
的(de)溫度.壓力補償(chang)方法，該方法采(cǎi)用MS5535B傳感器測量(liang)被測氣體的溫(wēn)度和壓力，采用(yòng)軟件方法進行(hang)補償。
0引言.
氣體(tǐ)的流量通常用(yong)體積流量來表(biao)示，體積流量是(shì)指🔴單位時🌂間内(nei)通過管路任一(yi)截面的氣體體(ti)積。但💚是由于氣(qì)體分子排列松(song)散，随着溫度或(huo)壓力的變💋化，分(fèn)子間距會💰發生(sheng)變化，體積🈚也會(huì)發生相應的變(bian)化。體積與壓力(li)成反比，與溫度(dù)成正比，在溫度(dù)和壓力變化的(de)情況下，無法計(jì)量和比較氣體(tǐ)的體積流量，需(xū)要将其統--轉換(huàn)爲标準狀态下(xia)的體積流量。工(gōng)程上氣體流量(liang)--般都以标準狀(zhuàng)态下的體積流(liu)量來表示。因此(ci)，需要對工作狀(zhuang)态下測得的氣(qi)體流量進行溫(wen)度、壓㊙️力補償。
1渦(wo)輪式氣體流量(liang)計的溫度、壓力(lì)補償方法
渦輪(lún)式氣體流量計(jì)直接測量的是(shi)工作狀态下氣(qi)體的體積流量(liàng)，标準狀态下氣(qì)體的體積流量(liàng)爲:
式中qvn、qv-分别爲(wèi)标準狀态和工(gong)作狀态下的體(ti)積流量，m³/h;p、T、Z-分别爲(wei)工.作狀态下絕(jué)對壓力(Pa)，熱力學(xue)溫度(K)和氣體壓(yā)縮系數;pn、Tn、Zn一分别(bié)爲标準狀态下(xia)絕對壓力(Pa)，熱力(lì)學溫度(K)和氣體(ti)壓縮系數。
由于(yu)被測氣體所處(chu)狀态壓力較低(di)，且溫度大大高(gāo)于臨界溫度，因(yin)此可以按理想(xiang)氣體計，這時氣(qì)體壓縮系數取(qu)爲1甲。将測量得(dé)到的工作狀态(tai)下的溫度和壓(ya)力數值帶入(1)式(shì)，即可得到補償(chang)後的氣體流量(liàng)數值。
2溫度、壓力(lì)測量用傳感器(qi)
工作狀态下的(de)溫度、壓力數值(zhí)可采用型号爲(wei)MS5535B的集💘成壓力💞傳(chuan)😘感✉️器來進行測(cè)量。MS5535B的主要功能(neng)是将從壓阻式(shi)壓力傳感器輸(shū)出的未經補償(cháng)模拟電壓值轉(zhuǎn)💁換爲16位的數字(zi)量,同時提供-一(yī)個傳感器溫度(du)的16位🏒數字量。該(gai)芯片具有如下(xia)特點:
1)0一14bar的絕對(duì)壓力範圍
2)芯片(piàn)中存有用于軟(ruan)件補償的6個系(xi)數
3)15位的ADC
4)3線串行(hang)接口
5)1個系統時(shí)鍾(32.768kHz)
6)低電壓低能(neng)量消耗
7)供電電(dian)壓在2.2V~3.6V
8)低電壓電(diàn)流
9)-40~+125℃工作溫度
MS5535B有(yǒu)8個引腳，引腳定(dìng)義和功能如表(biao)1所示。
3溫度、壓力(lì)測量傳感器與(yǔ)單片機的接口(kou)電路設計
MS5535B與單(dan)片機MSP430F147的通信是(shì)通過3線同步的(de)串行接口實現(xiàn)的✨。圖1爲壓力傳(chuan)感器MS5535B和單片機(ji)MSP4320F147的硬件連接圖(tu)。單片機MSP430F147的P2.1引腳(jiǎo)輸出同步🔞串行(háng)📐時鍾信号，P2.4引腳(jiao)采樣由MS5535B輸出的(de)數據，P2.2引腳輸出(chu)數據給MS5535B,P2.0引腳向(xiàng)MS5535B輸🚩出32.768kHZ的主時鍾(zhōng)信号。
4軟件設計(ji)
MS5535B輸出的電壓與(yu)溫度和測量過(guò)程的誤差有很(hen)大關系，所🌈以🔱需(xū)要補償這些影(yǐng)響。補償是通過(guo)單片機MSP430F147軟件補(bǔ)🍓償來實現📱的。補(bǔ)🐉償用的校準數(shu)據Wordl到Word4存儲在MS5535B的(de)64位PROM中，可通過單(dan)片機MSP430F147的軟件讀(dú)🤞出用于對16位的(de)壓力值(D1)和16位溫(wēn)度值(D2)進行補償(chang)，得到用于渦輪(lun)式氣體流🐉量計(ji)溫度、壓力補償(chang)的壓🌐力值和溫(wēn)度值。圖2描述了(le)讀取壓力值、溫(wen)度值和軟件補(bu)📐償執行的過程(cheng)。首先💯，通過串行(háng)接口讀出wordl到word4。下(xia)一一步,用👨❤️👨位方(fāng)式邏輯和移位(wèi)操作取出補償(cháng)系數Cl到C6(wordl到word4的位(wèi)模❤️式參考表2)。然(rán)後單片機MSP430F147通過(guo)串行接口讀取(qu)16位的壓力值(D1)和(hé)16位溫🌈度值(D2)。最後(hòu)，通過D1、D2和C1到C6運用(yòng)圖2所示的運算(suan)法則計算出補(bu)償後的壓力值(zhí)。
Wordl到Word4、D1和D2是通過3線(xian)同步串.行通信(xìn)讀取的。MS5535B在SCLK的上(shang)升沿💞采樣一位(wei)，并㊙️且在上升沿(yán)發送一-位，以此(ci)來實現信🥰号轉(zhuǎn)換的同步⁉️。單片(pian)機MSP430F147在SCLK的下降沿(yán)采樣從MS5535B的DOUT引腳(jiao)輸出的數據，并(bing)且在SCLK的下降沿(yán)将數據🐆發送到(dao)MS5535B的DIN引腳，SCLK信号是(shì)由單片機MSP430F147産生(sheng)的。輸出數據的(de)🥰選擇通過向MS5535B的(de)DIN(數據輸入)腳輸(shū)入相應的指令(lìng)來實現。
如圖3所(suo)示，MS5535B和單片機MSP430F147的(de)每--次通訊都是(shì)以單片機MSP430F147向MS5535B芯(xīn)片🧑🏾🤝🧑🏼的DIN腳⛹🏻♀️發送一(yi)-個指令序列開(kai)始的。在每一-個(gè)指☎️令序列之前(qián)都🐅有一一個❌開(kai)始序列(3個高電(diàn)平1),每一個指令(ling)😍序列之後都有(you)一-個停止序列(liè)(3位低電平0)。每一(yī).條指令有四位(wei)組成，用于選🐇擇(zé)由M55535B的DOUT腳輸出的(de)是壓力、溫度或(huo)是校準數據。在(zài)輸出壓力和溫(wēn)度時，在📧停止序(xù)列的最後--位時(shi)，MS5535B的DOUT腳會輸出-一(yi)個應答信号🚶♀️一(yī)低電平到高電(dian)平的轉換，表示(shi)了🈚--次轉換的開(kai)始。應答信号之(zhi)後，單片機MSP430F147向MS5535B的(de)SCLK腳輸人2個脈沖(chong)，然後再輸出低(dī)電平，保持MS5535B的SCLK腳(jiao)爲低，直到在MS5535B的(de)DOUT腳出現由高到(dào)低的信号，表示(shì)轉換結束。單片(pian)機MSP430F147通過向MS5535B的SCLK腳(jiao)輸入另外的17脈(mò)沖讀出MS5535B的DOUT腳輸(shū)🏃♂️出的16位數字。
如(ru)果單片機MSP430F147和MS5535B失(shi)去同步性，可以(yi)用通過複位指(zhi)令來🌈重新㊙️啓動(dòng)。在每--次轉換指(zhi)令之前先向MS5535B的(de)DIN腳發送💃複位指(zhi)令，以防止由于(yú)電氣沖突協議(yi)長久挂起。
5結論(lùn)
氣體渦輪流量(liang)計采用MS5535B檢測工(gong)作狀态下的氣(qi)體溫度和壓力(li)🏃♂️,用🏒軟件實現溫(wen)度和壓力自動(dong)補償。試驗♌證明(míng)實驗樣機實現(xiàn)了系統要求的(de)主要技術指标(biāo)。
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