摘要(yao):智能差壓流量(liàng)計
因結構簡單(dān),操作方便得到(dào)廣泛應用。本文(wén)從流量的特點(diǎn)入手,結合節流(liu)裝置的工作特(te)點，差壓流量計(ji)能實時當前流(liú)體的質量流量(liang)和流體的密度(du),該流量計能廣(guang)泛應用于不同(tóng)流體的質量流(liu)量測量,而且安(ān)裝和設置方便(biàn),不同的流體隻(zhi)有通過按鍵輸(shū)入流量系數和(hé)流體膨脹的校(xiao)正系數,按照步(bù)驟安裝好後就(jiu)能實時顯示待(dai)測流體的流量(liang)。
流量是指單位(wei)時間内流過管(guǎn)道某截面液體(ti)的體積或質量(liang)。流體的總量對(duì)于計量物質的(de)損耗與儲存等(děng)具有重要的意(yì)義,在日常生活(huó)中常常要對一(yi)段時間内流過(guò)的液體量進行(hang)測量,測量總量(liang)的儀表一般稱(chēng)爲流體計量表(biǎo)或流量計。工業(yè)應用中,因不同(tóng)流體的粘度、導(dao)電性.腐蝕性等(deng)不一樣，因此不(bu)同流體的測量(liàng)方法也不盡相(xiang)同,市場上爲了(le)滿足不同流體(ti)的測量要求,流(liú)量計的種類也(yě)比較多。流量計(jì)中差壓型流量(liàng)計是使用量廣(guang)的一種流量計(ji),廣泛應用于工(gōng)礦企業、化工、天(tiān)然氣等部門,該(gai)流量計具有結(jie)構簡單、使用壽(shòu)命長、适應性強(qiáng)安裝方便等優(you)點。本文主要以(yi)差壓流量計的(de)設計與應用着(zhe)手進行研究和(hé)設計。
1測量方案(an)與原理
差壓式(shi)流量計又叫節(jie)流式流量計,它(tā)是利用流體流(liu)經節流裝置時(shi)産生壓力差的(de)原理來實現流(liu)量測量的。在實(shi)際測量中，要利(li)用節流裝置把(bǎ)被測流體的流(liú)量轉換成差壓(ya)信号,主要原因(yin)是安裝在管道(dao)中節流裝置使(shi)得連續流動的(de)流體因流體流(liu)邇面積突然縮(suo)小而形成流束(shù)收縮，使得流速(su)加快,擠過節流(liú)孔後,流速又降(jiang)低。由能量守恒(heng)在節流件前後(hou)産生壓力差(靜(jing)壓差)△p=p1-p2,因是節流(liú)裝置,所以有p1>p2。壓(ya)力差p1-p2大小與流(liu)過的流體流量(liang)之間有一定的(de)函數關系，根據(jù)壓力差就可以(yi)求得流量。質量(liang)流量與壓力差(cha)的關系式爲:
式(shi)中各參數的意(yi)義和單位規定(dìng)如下:qm爲質量流(liú)量,kg/s。a爲流量系數(shù),可由實驗确定(dìng)。通常根據節流(liu)件形式、管道情(qíng)況、雷諾數、流體(tǐ)性質、取壓方式(shi)等查表得到;ε爲(wèi)流體膨脹的校(xiao)正系數,通.常在(zai)0.9~1.0之間。不可壓縮(suō)流體時g=1;可壓縮(suo)性流體時ε<l;F。爲節(jiē)流件開孔面積(ji)m2。。當已知節流件(jiàn)開孔直徑d(m)時,
ρ爲(wei)流體密度,kg/m3;△p=p1-p2,爲節(jiē)流件前後的壓(yā)力差Pa。根據在圖(tú)1中根據流體的(de)流向,安裝好節(jie)流裝置,在節流(liu)裝置11和22管壁處(chù)的流體靜壓力(li)産生差異,由位(wèi)移傳感器得到(dao)壓力差的高度(dù),在A處安裝标準(zhun)的容積和壓力(lì)傳感器,得到流(liu)體密度的大小(xiao)。
爲了便于(yu)測量,将差壓信(xin)号進行放大,濾(lǜ)波,在利用微處(chù)理器進行控制(zhi),使之能方便記(ji)錄、存儲和顯示(shi)。在圖1中,利用位(wei)移傳感器可以(yi)測量出節流裝(zhuāng)置11和22管壁處的(de)流體靜壓力,将(jiāng)壓力的變化通(tong)過電橋的作用(yong)，使之轉換爲電(diàn)壓的變化,爲了(le)便于微處理器(qi)能控制,将其信(xìn)号進行放大和(hé)模數轉換。由于(yu)要測量質量流(liú)量,在A處的壓力(lì)傳感器可以測(ce)量得到流體密(mi)度的大小(測量(liàng)密度的原理是(shì)A出的容積是标(biāo)定已知的,邇過(guò)質量大小除以(yi)容積即可以得(de)到)。由此得到測(ce)量原理框圖如(rú)圖2所示。
2硬件電(diàn)路的分析與設(shè)計
根據測量原(yuán)理框圖,将各個(gè)部分的電路設(shè)計如下:
2.1電橋電(dian)路
電橋電路是(shi)将壓力的變化(hua)轉換成電壓信(xin)号的變化,在實(shi)際測量中先調(diao)節電橋平衡,爲(wèi)了提高精度,減(jian)小非線性誤差(cha),選擇将R1和R2加入(rù)傳感器,-個增加(jiā),另外一個減小(xiao)。
2.2電壓放大電路(lu)
由電橋輸入的(de)微弱的信号,通(tong)過電壓放大器(qi)放大後,便于A/D轉(zhuan)換器處理,采用(yòng)了差分放大電(diàn)路,能夠抑制共(gòng)模信号。
2.3A/D轉換電(diàn)路的設計
此工(gōng)作可由單片機(jī)内部的10位AD轉換(huàn)器完成,但發現(xian)單片機的10位AD芯(xīn)片處理效果不(bú)是很好。采用了(le)兩個AD轉換芯片(piàn),對輸出的信号(hào)轉換,使用單片(pian)機控制計算,然(ran)後送人液晶顯(xian)示其質量流量(liang)的大小。
AD1674是--片高(gao)速12位逐次比較(jiao)型A/D轉換器,内置(zhi)雙極性電路構(gòu)成的混合集成(cheng)轉換顯片,具有(you)外接元件少,功(gong)耗低,精度高等(deng)特點,并且具有(yǒu)自動校零和自(zì)動極性轉換功(gōng)能,隻需外接少(shǎo)量的電阻和電(diàn)容元件即可構(gou)成一個完整的(de)A/D轉換器。AD8326是TI公司(si)推出的16位高速(sù)模數轉換器,其(qi)轉換速度快,線(xian)性度好精度高(gao)。電路的連接圖(tú),如圖5和圖6所示(shi)。
2.4顯示電路
本電(dian)路采用12864液晶來(lai)實時顯示輸出(chu)的流體質量流(liú)量和密度的大(dà)小。該液晶具有(you)屏幕反應速度(du)快、對比度高、功(gōng)耗低等優點,可(kě)以實現友好的(de)人機交互。爲了(le)簡化電路,采用(yong)串口連接。在單(dān)片機的控制下(xia),按照要求的格(gé)式顯示接收到(dao)的數據和字符(fu)信息。圖7爲液晶(jing)顯示的連接圖(tu)。其中D0~D7爲數據口(kǒu),R/W爲液晶讀寫信(xìn)号,E是使能端。
3軟(ruǎn)件控制設計
本(běn)系統所采集的(de)是電壓放大電(diàn)路輸出的信号(hào),通過AD轉換後,單(dān)片機從而對兩(liang)路模拟信号進(jìn)行處理,并與流(liú)量系數、節流件(jian)開孔面積FO及ε進(jìn)行計算,将測得(de)的數據用液晶(jing)适時的顯示出(chu)來,便于觀察。軟(ruan)件設計流程圖(tú)，如圖8所示。
智能(néng)技術已成爲推(tuī)動科學技術的(de)關鍵技術,采用(yòng)智能技術将是(shì)傳感器檢測領(ling)域的一個重要(yao)的發展方向,所(suo)研究和制作的(de)智能差壓流量(liang)計隻是流量檢(jiǎn)測的一個縮影(ying),雖然能根據流(liú)體的性質修改(gǎi)相關參數,實時(shí)顯示流體的質(zhì)量流量和密度(dù),但達到全智能(neng)還有一段距離(lí),-一些技術要進(jìn)一-步的深人和(hé)完善。
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