摘要(yao):介紹了一(yi)種渦輪式(shi)氣體流量(liang)計 的溫度(du)、壓力補償(chang)方法，該方(fang)法采用MS5535B傳(chuan)感器測量(liang)被🙇🏻測氣體(ti)的溫度和(he)壓力,采用(yong)軟件方法(fa)進行補償(chang)。
0引言
　　氣體(ti)的流量通(tong)常用體積(ji)流量來表(biao)示，體積流(liu)量是指單(dan)🙇‍♀️位時間内(nei)通過管路(lu)任一截面(mian)的氣體體(ti)積。但是由(you)于氣體分(fen)子排列松(song)😄散，随着溫(wen)度或壓力(li)的變化，分(fen)子間距會(hui)🆚發生變🏃化(hua)，體積也會(hui)發生相應(ying)的變💯化。體(ti)積與壓力(li)成反比，與(yu)溫度成正(zheng)比，在⭕溫度(du)和壓力變(bian)化的情況(kuang)下，無法計(ji)量和比較(jiao)氣體的體(ti)積流量，需(xu)要将其統(tong)一轉換爲(wei)标準狀态(tai)下的體積(ji)流量。工程(cheng)上氣體流(liu)量--般都以(yi)标準狀态(tai)💃下的體積(ji)流量💃來表(biao)示。因此，需(xu)要對工作(zuo)狀态下測(ce)得的氣體(ti)流量🌏進行(hang)溫度、壓力(li)補償"。
1渦輪(lun)式氣體流(liu)量計的溫(wen)度、壓力補(bu)償方法.
　　渦(wo)輪式氣體(ti)流量計直(zhi)接測量的(de)是工作狀(zhuang)态下氣體(ti)😍的體積流(liu)量，标準狀(zhuang)态下氣體(ti)的體積流(liu)量爲:
 
　　式中(zhong)qvn、qv一分别爲(wei)标準狀态(tai)和工作狀(zhuang)态下的體(ti)積流量，m³/h;p、T、Z一(yi)分别爲✨工(gong)作狀态下(xia)絕對壓力(li)(Pa)，熱力學溫(wen)度(K)和氣體(ti)👣壓縮系數(shu);pn、Tn、Zn一-分别爲(wei)标準狀态(tai)下絕對壓(ya)力(Pa)，熱力學(xue)溫度(K)和氣(qi)體壓縮系(xi)數日。
　　由于(yu)被測氣體(ti)所處狀态(tai)壓力較低(di)，且溫度大(da)大.高于臨(lin)界溫度🔆，因(yin)此可以按(an)理想氣體(ti)計，這時氣(qi)體壓縮系(xi)數取爲18。将(jiang)測量得到(dao)的工作狀(zhuang)态下的溫(wen)度和壓力(li)數值帶入(ru)♍(1)式，即可得(de)到補償後(hou)的氣體流(liu)量數值。
2溫(wen)度、壓力測(ce)量用傳感(gan)器
　　工作狀(zhuang)态下的溫(wen)度、壓力數(shu)值可采用(yong)型号爲MS5535B的(de)集🔴成壓力(li)傳感🌈器來(lai)進行測量(liang)。MS5535B的主要功(gong)能是将從(cong)壓🔞阻式⭐壓(ya)力傳感器(qi)輸出的未(wei)經補償模(mo)拟電壓值(zhi)轉換爲16位(wei)⭐的數字量(liang)，同時提供(gong)-一個傳感(gan)器溫度的(de)16位數字量(liang)。該芯片具(ju)有如下特(te)點:
1)0-14bar的絕對(dui)壓力範圍(wei)
2)芯片中存(cun)有用于軟(ruan)件補償的(de)6個系數
3)15位(wei)的ADC.
4)3線串行(hang)接口.
5)1個系(xi)統時鍾(32.768kHz)
6)低(di)電壓低能(neng)量消耗
7)供(gong)電電壓在(zai)2.2V~3.6V
8)低電壓電(dian)流
9)-40~+125℃工作溫(wen)度
MS5535B有8個引(yin)腳，引腳定(ding)義和功能(neng)如表1所示(shi)。
 
3溫度、壓力(li)測量傳感(gan)器與單片(pian)機的接口(kou).電路設計(ji)
　　MS5535B與單片機(ji)MSP430F147的通信是(shi)通過3線同(tong)步的串行(hang)接口實現(xian)的。圖1爲壓(ya)力🎯傳感器(qi)MS5535B和單片機(ji)MSP4320F147的硬件連(lian)接圖。單片(pian)機MSP430F147的P2.1引腳(jiao)🔴輸出同步(bu)串行時鍾(zhong)信号，P2.4引腳(jiao)采樣由MS5535B輸(shu)💘出的數據(ju)，P2.2引腳輸出(chu)數據給MS5535B,P2.0引(yin)腳向MS5535B輸出(chu)32.768kHZ的主時鍾(zhong)⛷️信号。
 
4軟件(jian)設計
　　MS5535B輸出(chu)的電壓與(yu)溫度和測(ce)量過程的(de)誤差有很(hen)大關系，所(suo)以需要補(bu)償這些影(ying)響。補償是(shi)通過單片(pian)機MSP430F147軟件補(bu)償來實現(xian)的。補償用(yong)的校準數(shu)據Wordl到Word4存儲(chu)在MS5535B的☁️64位PROM中(zhong)，可通過單(dan)片機MSP430F147的軟(ruan)件讀出用(yong)于⁉️對16位的(de)壓力值(D1)和(he)16位溫🔞度值(zhi)(D2)進行補償(chang)，得到用于(yu)渦輪式氣(qi)體流量計(ji)溫度、壓力(li)補償的壓(ya)力值和溫(wen)度值。圖2描(miao)述了❄️讀取(qu)壓力值、溫(wen)度值和軟(ruan)件補償執(zhi)行的過程(cheng)。首先，通過(guo)串行接口(kou)讀出wordl到word4。下(xia)一步，用位(wei)🌈方式邏輯(ji)和移位操(cao)作取出補(bu)償系數C1到(dao)C6(wordl到word4的位模(mo)式參考表(biao)2)。然後單片(pian)機MSP430F147通過串(chuan)行接口讀(du)取16位㊙️的壓(ya)力值(D1)和16位(wei)溫度值(D2)。最(zui)後，通過D1、D2和(he)C1到C6運用圖(tu)💋2所示的運(yun)算法則計(ji)算出補償(chang)後的壓力(li)值。
 
 
　　Wordl到Word4、D1和D2是(shi)通過3線同(tong)步串.行通(tong)信讀取的(de)。MS5535B在SCLK的，上升(sheng)沿采樣一(yi)位，并且在(zai)上升沿發(fa)送一-位，以(yi)此來實現(xian)信号轉😍換(huan)的同步。單(dan)片機MSP430F147在SCLK的(de)下降沿采(cai)樣從MS5535B的DOUT引(yin)腳輸出的(de)數據，并且(qie)在SCLK的下降(jiang)沿将數據(ju)發送到MS5535B的(de)DIN引腳，SCLK信号(hao)是📧由單片(pian)機MSP430F147産生的(de)。輸♋出數據(ju)的選擇通(tong)過☂️向MS5535B的DIN(數(shu)據輸☁️入)腳(jiao)輸入相應(ying)的指令來(lai)實現。
 
　　如圖(tu)3所示，MS5535B和單(dan)片機MSP430F147的每(mei)一次通訊(xun)都是以單(dan)片機MSP430F147向MS5535B芯(xin)片的DIN腳發(fa)送一個指(zhi)令序列開(kai)始的。在每(mei)一個⭐指令(ling)序列✊之前(qian)都有一一(yi)個開始序(xu)列(3個高電(dian)平1),每一個(ge)指令序列(lie)👣之後都有(you)一個🔞停止(zhi)序列(3位低(di)電平0)。每一(yi)條指令有(you)四位組成(cheng)，用于選擇(ze)由MS5535B的DOUT腳輸(shu)出的🔴是壓(ya)力、溫度或(huo)是校準數(shu)據。在輸出(chu)壓力和溫(wen)度時，在停(ting)止序列的(de)最後--位時(shi)，MS5535B的DOUT腳會輸(shu)出一個應(ying)答信号一(yi)低電平到(dao)高🤩電平的(de)轉換，表示(shi)了一次轉(zhuan)換的開始(shi)。應答信号(hao)之後，單片(pian)機MSP430F147向MS5535B的SCLK腳(jiao)輸人✔️2個脈(mo)沖，然後再(zai)輸出低電(dian)平，保持MS5535B的(de)SCLK腳爲低，直(zhi)到在MS5535B的DOUT腳(jiao)出現由高(gao)到低的信(xin)号，表示轉(zhuan)換結束。單(dan)片機☔MSP430F147通過(guo)向MS5535B的SCLK腳輸(shu)入另外的(de)17脈沖讀出(chu)MS5535B的DOUT腳輸出(chu)的16位數字(zi)。
　　如果單片(pian)機MSP430F147和MS5535B失去(qu)同步性，可(ke)以用通過(guo)複位指令(ling)來重新🐉啓(qi)動。在每--次(ci)轉換指令(ling)之前先向(xiang)MS5535B的DIN腳發送(song)複位指令(ling)，以防止由(you)于電氣沖(chong)突協議長(zhang)久挂起。
5結(jie)論
　　氣體渦(wo)輪流量計(ji) 采用MS5535B檢測(ce)工作狀态(tai)下的氣體(ti)溫度和壓(ya)力，用軟件(jian)實現溫🔴度(du)和壓力自(zi)動補償。試(shi)驗證明實(shi)驗樣機實(shi)📞現了系統(tong)要求的主(zhu)要技術指(zhi)标。

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