摘要:介紹(shao)了一種渦(wo)輪式氣體(ti)流量計
的(de)溫度.壓力(li)補償方法(fa)，該方法采(cai)用MS5535B傳感器(qi)測量被測(ce)氣體的溫(wen)度和壓力(li)，采用軟件(jian)方法進行(hang)補償。
0引言(yan).
氣體的流(liu)量通常用(yong)體積流量(liang)來表示，體(ti)積流量是(shi)指單💚位時(shi)間内通過(guo)管路任一(yi)截面的氣(qi)體體積。但(dan)是由于氣(qi)體分子排(pai)列松散，随(sui)着溫度或(huo)壓力的變(bian)化，分子間(jian)距會✌️發生(sheng)變化，體積(ji)也會發生(sheng)相應的變(bian)化。體積與(yu)壓力成反(fan)比，與溫度(du)成正比，在(zai)溫度和壓(ya)🙇♀️力變化的(de)情況下，無(wu)法計量和(he)比較氣體(ti)的體積流(liu)量，需要将(jiang)其統--轉換(huan)爲标準狀(zhuang)态下的體(ti)積流量。工(gong)📱程上氣體(ti)流量--般都(dou)以标準狀(zhuang)态下‼️的體(ti)積流量來(lai)表示。因此(ci)，需要對工(gong)作狀态下(xia)測得的氣(qi)體流量進(jin)🛀行溫度、壓(ya)力補償。
1渦(wo)輪式氣體(ti)流量計的(de)溫度、壓力(li)補償方法(fa)
渦輪式氣(qi)體流量計(ji)直接測量(liang)的是工作(zuo)狀态下氣(qi)體的體積(ji)流量，标準(zhun)狀态下氣(qi)體的體積(ji)流量爲:
式(shi)中qvn、qv-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-分(fen)别爲工.作(zuo)📱狀态下絕(jue)對壓力(Pa)，熱(re)力學溫度(du)(K)和氣體壓(ya)縮系數;pn、Tn、Zn一(yi)分别爲标(biao)準狀态下(xia)絕對壓力(li)(Pa)，熱力學溫(wen)度(K)和氣體(ti)壓縮系數(shu)。
由于被測(ce)氣體所處(chu)狀态壓力(li)較低，且溫(wen)度大大高(gao)于臨🛀🏻界溫(wen)🚩度，因此可(ke)以按理想(xiang)氣體計，這(zhe)時氣體壓(ya)🤩縮系數取(qu)爲1甲。将測(ce)量得到的(de)工作狀态(tai)下的溫度(du)和壓力數(shu)值帶入(1)式(shi)，即可得到(dao)補償後的(de)氣體流量(liang)數值。
2溫度(du)、壓力測量(liang)用傳感器(qi)
工作狀态(tai)下的溫度(du)、壓力數值(zhi)可采用型(xing)号爲MS5535B的集(ji)🌍成壓力傳(chuan)感器來進(jin)行測量。MS5535B的(de)主要功能(neng)是将從壓(ya)♉阻式壓力(li)傳感器輸(shu)🔱出的🆚未經(jing)補償模拟(ni)電壓值轉(zhuan)換爲16位的(de)數字量,同(tong)時提供-一(yi)個傳感🧑🏽🤝🧑🏻器(qi)溫度的16位(wei)數字量。該(gai)芯片具有(you)如下特點(dian):
1)0一14bar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)一一步,用(yong)位方式邏(luo)輯和移位(wei)操作取出(chu)補償☁️系數(shu)Cl到C6(wordl到word4的位(wei)模式參考(kao)表2)。然後單(dan)片機MSP430F147通過(guo)串行接口(kou)讀取16位的(de)壓力值(D1)和(he)🐇16位溫❤️度值(zhi)(D2)。最後，通過(guo)D1、D2和C1到C6運用(yong)圖2所示的(de)運算法則(ze)計算出補(bu)償後的壓(ya)力值。
Wordl到Word4、D1和(he)D2是通過3線(xian)同步串.行(hang)通信讀取(qu)的。MS5535B在SCLK的上(shang)升沿采樣(yang)一位，并且(qie)在上升沿(yan)發送一-位(wei)，以此來實(shi)現信号轉(zhuan)換的同步(bu)。單片機MSP430F147在(zai)SCLK的下降沿(yan)采樣從MS5535B的(de)DOUT引腳輸出(chu)的數據，并(bing)且在SCLK的下(xia)降沿💁将數(shu)據發送到(dao)MS5535B的DIN引腳，SCLK信(xin)号是由單(dan)片機MSP430F147産生(sheng)的。輸出數(shu)據的選擇(ze)通過㊙️向MS5535B的(de)DIN(數據輸⛷️入(ru))腳輸入相(xiang)⛹🏻♀️應的指令(ling)來實現。
如(ru)圖3所示，MS5535B和(he)單片機MSP430F147的(de)每--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M55535B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✨--次轉換(huan)的開始。應(ying)🔱答信号之(zhi)後，單片機(ji)MSP430F147向MS5535B的SCLK腳輸(shu)人2個脈沖(chong)，然後再輸(shu)出低電平(ping)，保持MS5535B的SCLK腳(jiao)爲低，直到(dao)在MS5535B的DOUT腳出(chu)現由高到(dao)低的信号(hao)，表示轉換(huan)結束。單片(pian)機MSP430F147通過向(xiang)MS5535B的SCLK腳輸入(ru)另外的17脈(mo)沖讀出MS5535B的(de)DOUT腳輸⭐出的(de)16位數字。
如(ru)果單片機(ji)MSP430F147和MS5535B失去同(tong)步性，可以(yi)用通過複(fu)位指令來(lai)重新啓動(dong)🏃♀️。在每--次轉(zhuan)換指令之(zhi)前先向MS5535B的(de)DIN腳發送複(fu)位指令，以(yi)防❤️止由于(yu)電❌氣沖突(tu)協議長久(jiu)挂起。
5結論(lun)
氣體渦輪(lun)流量計采(cai)用MS5535B檢測工(gong)作狀态下(xia)的氣體溫(wen)度🌈和壓力(li),用軟件實(shi)現溫度和(he)壓力自動(dong)補償。試驗(yan)📱證明☀️實驗(yan)樣機實現(xian)❌了系統要(yao)求的主要(yao)技術指标(biao)。
以上内容(rong)源于網絡(luo)，如有侵權(quan)聯系即删(shan)除!