摘要(yào):設計以(yi)PIC單片機(ji)爲核心(xin)的 智能(néng)渦輪流(liu)量計 ，用(yòng)于蒸汽(qì)流量的(de)測量。結(jié)合氣體(tǐ)流量與(yǔ)密度的(de)特點設(she)計溫度(dù)壓力補(bǔ)償電路(lù)，并用串(chuan)口液晶(jīng)顯示模(mó)塊實時(shi)顯示所(suǒ)測的流(liú)量大小(xiǎo)、溫度和(hé)壓力，同(tong)時可利(li)用鍵盤(pán)進行參(cān)數的設(she)定和修(xiū)改。該方(fang)案節省(shěng)了資源(yuan)，提高了(le)性價比(bi)，保證了(le)系📞統的(de)精度和(hé)實時性(xìng)。
　　在現代(dai)工業生(sheng)産和流(liu)通等領(ling)域，流量(liang)檢測是(shi)計量管(guan)理、貿易(yi)結算的(de)第一可(ke)靠性依(yi)據，也是(shi)一門實(shi)用性很(hen)強的檢(jiǎn)測技術(shu);但流體(ti)的複雜(zá)性決定(ding)了流量(liàng)🏒檢測的(de)問題也(yě)很多，氣(qi)體流量(liàng)的溫度(dù)壓力補(bu)償問題(tí)就是其(qí)⭕中之一(yi)。流量傳(chuán)感器在(zai)測量同(tóng)❗樣介質(zhì)的流體(tǐ)流量參(can)數時都(dou)是工況(kuang)流量，尤(you)其是氣(qi)體,即便(biàn)測量結(jié)果相同(tóng)，由于受(shòu)溫度和(hé)⛷️壓力的(de)影響,在(zai)轉換成(chéng)标準流(liú)✌️量時結(jie)果往往(wǎng)也是不(bu)一緻的(de)。這就産(chǎn)生了流(liu)量檢測(cè)中的溫(wēn)💘度壓力(lì)補償問(wen)題🔆。
　　在使(shǐ)用流量(liang)計測流(liu)量時，使(shǐ)用者如(rú)果不考(kǎo)慮溫度(dù)🚶‍♀️壓力補(bǔ)償🌈的話(huà)，得到的(de)結果往(wǎng)往會與(yǔ)正确結(jie)果大相(xiang)徑💘庭，無(wu)法進行(hang)貿易結(jié)算或工(gong)藝考核(he)。液體體(ti)積幾乎(hū)不受壓(ya)力♌影響(xiang)，僅💘和溫(wēn)度有關(guan)，而且當(dang)溫度變(bian)化範圍(wei)很♍小時(shí)，液體體(ti)積的變(bian)化也極(jí)小;但是(shi)氣體♍受(shou)壓力、溫(wen)度影響(xiang)所引起(qi)的流體(tǐ)特性的(de)變化很(hěn)大✍️，在流(liu)量檢測(ce)中，氣體(tǐ)流量溫(wen)度⚽壓力(li)補償的(de)意義重(zhòng)大。
1渦輪(lún)流量計(ji)工作原(yuán)理
　　渦輪(lún)流量計(ji) 作爲最(zuì)通用的(de)流量計(ji)具有精(jing)度高、重(zhong)複性好(hǎo)等優㊙️點(diǎn)，廣泛♈用(yong)于高壓(yā)、高溫、低(dī)溫及微(wei)流量的(de)測量中(zhong)。渦輪流(liú)量計是(shi)一種速(su)度式⭕流(liu)量計，它(tā)是由渦(wo)輪、軸承(cheng)、前置放(fàng)大器、顯(xiǎn)♋示儀表(biǎo)組成。被(bèi)❗測流體(tǐ)沖擊渦(wo)輪葉❓片(piàn)，使渦輪(lún)旋轉，渦(wō)輪的轉(zhuǎn)速随流(liú)量的變(bian)化而變(bian)化，即流(liu)量大，渦(wo)輪的轉(zhuǎn)速也大(dà)，再經磁(cí)電轉換(huàn)裝置把(ba)渦輪的(de)轉速轉(zhuǎn)換爲相(xiàng)應頻率(lǜ)的電脈(mo)沖，經前(qián)置放大(dà)器放大(da)後，送入(rù)顯示儀(yí)表進行(hang)計數和(hé)顯示，根(gen)據單位(wèi)時間内(nei)的脈沖(chong)數和累(lèi)計脈沖(chòng)數即可(kě)求出瞬(shùn)時流量(liàng)和🥰累積(jī)流量"。當(dang)流體沿(yan)✌️着管道(dào)的軸線(xian)方向流(liú)動、并沖(chòng)擊渦輪(lún)葉片時(shí)，流經渦(wō)輪變送(sòng)器的流(liú)體體積(jī)流量：
 
2硬(yìng)件電路(lù)設計
2.1總(zong)體設計(jì)
　　該系統(tong)以PIC單片(piàn)機爲控(kong)制核心(xin)，包括流(liú)量信号(hao)采集模(mó)🔞塊、溫度(dù)和壓力(li)信号采(cai)集模塊(kuài)、鍵盤以(yǐ)及顯示(shì)模塊5個(gè)部分。流(liu)量😘信号(hào)采集模(mo)塊使用(yòng)渦輪流(liú)量計采(cai)集流量(liàng)信号，經(jing)過外圍(wéi)電路處(chu)理後送(sòng)入單片(pian)機，測量(liàng)其頻率(lǜ)，用于流(liu)量計算(suan);溫度💰和(hé)壓力采(cǎi)㊙️集模塊(kuai)将🔞采.集(ji)到的溫(wēn)度和壓(ya)力通過(guo)A/D轉換後(hòu)送入單(dan)片機，用(yòng).于氣體(ti)的密度(du)計算，對(duì)氣體流(liu)🙇🏻量進行(hang)補償;鍵(jian)🏃‍♂️盤模塊(kuài)實現對(duì)儀表參(can)數的設(shè)置、各顯(xian)示内容(róng)之間的(de)轉換操(cao)作;顯示(shì)模塊實(shi)📱現瞬時(shí)流量、累(lèi)積流♋量(liàng)、溫度和(hé)壓力的(de)顯示。系(xì)統的總(zǒng)體結構(gou)圖如圖(tu)1所示。
 
2.2PIC單(dān)片機
　　pIc單(dan)片機采(cai)用哈佛(fo)總線結(jie)構，精簡(jiǎn)指令,運(yun)行速度(du)快♋，價🔱格(ge)低廉，低(di)功耗，内(nei)部具有(yǒu)8通道10位(wèi)A/D轉換器(qi)，最大有(yǒu)8kX14字節的(de)HASH程序存(cún)儲器，工(gong)作🌈電壓(ya)範圍寬(kuan)，帶振蕩(dang)式看門(men)狗，不需(xū)要任何(hé)外部器(qi)件。在該(gai)系統設(shè)計中具(ju)有較大(dà)的優勢(shì)。
2.3流量檢(jian)測電路(lù)
　　渦輪脈(mo)沖信号(hao)經濾波(bō)整形放(fang)大後,再(zai)經過光(guāng)電隔☂️離(lí)電路後(hou)進入PC16F877單(dan)片機進(jin)行脈沖(chòng)頻率測(cè)量，從而(er)測量出(chū)流量的(de)大小。
2.4溫(wen)度壓力(li)檢測電(diàn)路
　　采壓(yā)力傳感(gan)器154n對氣(qì)體壓力(lì)進行檢(jian)測。該傳(chuán)感器屬(shu)于壓阻(zu)式半導(dao)體壓力(lì)傳感器(qì)，用電阻(zǔ)構成電(diàn)橋後接(jie)電壓跟(gēn)随器送(sòng)至RA0口。.将(jiang)Pt100檢測到(dào)的溫度(dù)信号經(jing)A、B兩個電(dian)壓🍓跟.随(suí)器後分(fèn)别送至(zhi)減法電(diàn)路🔱和放(fàng)大電路(lù)，再經減(jiǎn)法器E後(hou)進入單(dan)片機的(de)RA1口。
　　此時(shi)有U7E=100UiA-200IB，電位(wei)器Rv3用來(lai)調零，當(dang)其阻值(zhi)調至和(hé)Pt100阻值相(xiang)同時，此(cǐ)時U7E爲零(líng)，未調整(zheng)時即爲(wei)常溫值(zhí)。其原理(li)如圖2所(suǒ)示.
　　爲了(le)提高系(xi)統的測(cè)量精度(du),壓力檢(jian)測和溫(wēn)度檢測(ce)均采用(yòng)💃🏻IM334恒流🏃‍♂️源(yuan)向其提(tí)供恒定(ding)的電流(liú)，同時添(tian)加一💁個(gè)電阻和(hé)一個二(er)極管以(yi)獲得零(líng)點漂移(yí)操作。
 
3.系(xì)統軟件(jiàn)設計
3.1總(zong)體設計(ji)
　　系統軟(ruan)件包括(kuò)初始化(huà)程序、主(zhǔ)程序、中(zhōng)斷控制(zhì)程序、流(liú)量、溫度(du)、壓力檢(jian)測程序(xù)以及鍵(jiàn)盤顯示(shì)程序等(děng)。初始化(hua)程序主(zhǔ)要完成(chéng)單片機(ji)初始化(hua)和設置(zhi)計數方(fāng)式等。主(zhu)程序主(zhu)要通過(guo)查詢标(biao)志位SET_RUN和(hé)OPERATE來判斷(duàn)程序是(shì)運行狀(zhuang)态還是(shi)設置狀(zhuàng)态，然後(hou)調用相(xiàng)應的處(chù)理子程(cheng)序。首先(xiān)開全局(jú)中斷，允(yun)許單片(pian)機響應(yīng)所有中(zhong)斷源産(chǎn)生的中(zhōng)斷請求(qiú);當單片(pian)機查詢(xun)到标志(zhi)位SET_RUN被置(zhi)位時，就(jiu)進入設(she)置狀态(tai)，對儀表(biao)系數進(jìn)行設定(ding);進入運(yùn)行狀态(tai)後還要(yào)查詢标(biao)志位OPERATE是(shì)否被置(zhì)位，被置(zhi)位後就(jiù)進行溫(wēn)度與壓(ya)力的.A/D轉(zhuan)換、流量(liàng)的計算(suan)和數據(ju)的儲存(cun)。中斷程(chéng)序用于(yú)查詢定(dìng)時時間(jian)，進入中(zhōng)斷服務(wù)子程序(xu)完成流(liu)量采集(ji)、工作狀(zhuàng)況“下溫(wēn)度和壓(ya)力采集(jí)，瞬時流(liu)量和累(lèi)積流量(liang)的計算(suan)。系統主(zhǔ)流程圖(tu)如圖3所(suǒ)示。
 
3.2流量(liàng)溫度壓(ya)力信号(hao)采集
　　流(liu)量信号(hao)的采集(jí)主要通(tōng)過計數(shù)器MR0中斷(duan)服務程(cheng)序完成(cheng)，采用定(dìng)時器模(mó)式，定時(shí)時間設(she)爲1so定時(shí)時間到(dào)，比較寄(ji)存器裏(lǐ)面的内(nèi)容，大于(yú)1s則對計(jì)數器IMR1讀(dú)數，以獲(huò)得流量(liàng)信号的(de)頻率，并(bìng)清零;小(xiǎo)于1s,則加(jiā)1後結束(shù)。
　　溫度和(hé)壓力信(xìn)号的采(cai)集是通(tōng)過PICI6F877單片(piàn)機内部(bù)的ADC模塊(kuai)将其轉(zhuan)換📱成數(shu)字量，采(cai)樣完成(cheng)後計算(suan)出溫度(dù)和壓力(lì)🈚值，并将(jiang)這✌️兩個(ge)⁉️數值❌在(zài)液晶屏(píng)上顯示(shi)出來。.
3.3鍵(jian)盤顯示(shi)
　　設置3個(ge)鍵盤，利(li)用電平(píng)變化中(zhong)斷功能(neng)來實現(xiàn)，采用延(yán)時去抖(dou)🐪法，按鍵(jiàn)有效就(jiu)進入按(àn)鍵處理(li)程序。F表(biao)示功能(néng)鍵，用KI來(lai)表示，每(mei)✔️按一⛱️-次(ci)表示在(zai)流量顯(xian)示和溫(wēn)度、壓力(lì)顯示間(jiān)切換，-表(biao)示移位(wèi)🌍鍵，用K2表(biǎo)示，↑爲增(zēng)加鍵❌，用(yòng)K3表示。如(rú)果F+→(即Kl+K2)被(bèi)按☀️下，則(ze)設置标(biao)志位置(zhi)1,主程序(xu)查🈲詢到(dào)其置1後(hòu)，就進入(rù)設置狀(zhuang)态。在該(gāi)狀㊙️态下(xia)，→(K2)鍵定義(yi)爲移位(wei)鍵，以閃(shǎn)♋爍表示(shi)光标所(suo)在位，每(měi).按一次(cì)，閃爍移(yí)到下一(yi)位，到最(zuì)後一位(wèi)回閃第(di)一一位(wèi)。↑(K3)定義爲(wèi)增加鍵(jian)，對光标(biao)所在位(wei)的數值(zhí)進行修(xiu)改，每按(àn)--次，循環(huán)增加一(yī)個定義(yì)單位，定(ding)義單位(wèi)視參數(shu)類型而(er)定。當🏃🏻‍♂️程(chéng)序查詢(xun)到↑+→(K2+K3)被按(àn)下時，就(jiu)把累積(jī)流量清(qīng)零，并把(ba)标志位(wei)置1,當查(chá)詢到F(K1)鍵(jian)被按下(xia)時，每按(àn)-一次，在(zài)流量顯(xiǎn)示和溫(wen)度、壓力(lì)顯示之(zhi)間切換(huan)。
采用段(duan)式液晶(jing)顯示器(qì)LCM103來顯示(shi)瞬時和(hé)累計流(liu)量，同時(shí)☁️實時顯(xiǎn)🏃‍♂️示溫度(dù)和壓力(li)"。
4溫壓補(bu)償的實(shí)現
　　一般(ban)來說，在(zài)生産中(zhong)大多要(yao)求得到(dào)氣體的(de)質量流(liu)📐量🆚，由于(yu)🈲氣體體(tǐ)積受溫(wēn)度和壓(ya)力的影(ying)響太大(dà),在溫度(dù)和壓力(lì)不斷🔞變(bian)化的環(huan)🔴境中得(dé)出的流(liu)量需要(yao)補償換(huàn)算⭐。
　　在得(de)到了渦(wō)輪流量(liang)計輸出(chu)的流量(liàng)信号、測(cè)量介質(zhi)的溫度(du)和🚶‍♀️壓力(li)後，就可(ke)以進行(háng)飽和蒸(zheng)汽質量(liang)流量🐪的(de)實時計(jì)算了😍。由(you)公🧑🏾‍🤝‍🧑🏼式(2)可(kě)知，頻率(lǜ)f已經通(tōng)過IMR1計數(shu)器測得(dé)，隻要再(zai)得到密(mi)度Q就可(ke)以計算(suàn)飽和蒸(zheng)汽的質(zhì)量流量(liàng)了。飽和(hé)蒸汽的(de)密度Q和(hé)它的溫(wen)度壓力(li)有關🤩，其(qí)關系如(ru)表1所示(shi)。可以看(kàn)🌍到，密度(dù)Q隻是⭐溫(wen)度或者(zhě)壓力的(de)函數，而(ér)不是它(ta)們兩個(gè)參數的(de)函數,所(suo)以隻要(yao)👣通過表(biǎo)1的數據(jù)拟合出(chu)一條溫(wēn)度-密度(du)(或者壓(ya)力.密度(dù))的曲線(xiàn)，測出溫(wen)度(或者(zhě)壓力)值(zhí)就可以(yi)得到密(mì)度值。拟(ni)合溫度(du)-密度曲(qu)線或者(zhě)壓力-密(mi)度曲.線(xiàn)均可，但(dan)溫度和(he)壓力都(dōu)要☎️顯示(shi)出來。
 
　　由(you)溫度的(de)A/D采樣值(zhí)和密度(dù)值間的(de)關系式(shì)，根.據公(gōng)式(2)就可(ke)以進🔅行(háng)流量的(de)質量流(liu)量計算(suàn)。
5結束語(yu)
　　基于PIC單(dan)片機的(de)智能渦(wo)輪流量(liang)計設計(jì)，節省了(le)資源，提(tí)高了系(xi)統性價(jià)比，同時(shi)又由于(yu)采用了(le)合理的(de)溫度壓(ya)力檢測(ce)方法和(hé)新的補(bǔ)償方式(shì)，可以盡(jin)可能地(di)消除系(xi)統誤差(chà)🌈，較爲快(kuai)速正确(què)地計算(suan)溫度壓(yā)力變❤️化(huà)時流體(tǐ)的密度(du)和流量(liàng)值，保證(zhèng)了系統(tǒng)的精度(dù)和❓實時(shí)性，具有(yǒu)較好的(de)應用價(jià)值。

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