智能差壓流量計(jì)的研究與制作

宋艷麗，宋 武

(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 黃岡 438002)

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智能差壓流量計(jì)的研究與制作

宋艷麗，宋 武

(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 黃岡 438002)

差壓流量計(jì)因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便得到廣泛應(yīng)用。本文從流量的特點(diǎn)入手，結(jié)合節(jié)流裝置的工作特點(diǎn)，研究的差壓流量計(jì)能實(shí)時(shí)當(dāng)前流體的質(zhì)量流量和流體的密度，該流量計(jì)能廣泛應(yīng)用于不同流體的質(zhì)量流量測(cè)量，而且安裝和設(shè)置方便，不同的流體只有通過按鍵輸入流量系數(shù)和流體膨脹的校正系數(shù)，按照步驟安裝好后就能實(shí)時(shí)顯示待測(cè)流體的流量。

智能差壓；流量計(jì)；實(shí)時(shí)顯示

流量是指單位時(shí)間內(nèi)流過管道某截面液體的體積或質(zhì)量。流體的總量對(duì)于計(jì)量物質(zhì)的損耗與儲(chǔ)存等具有重要的意義，在日常生活中常常要對(duì)一段時(shí)間內(nèi)流過的液體量進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量總量的儀表一般稱為流體計(jì)量表或流量計(jì)。工業(yè)應(yīng)用中,因不同流體的粘度、導(dǎo)電性、腐蝕性等不一樣，因此不同流體的測(cè)量方法也不盡相同，市場(chǎng)上為了滿足不同流體的測(cè)量要求，流量計(jì)的種類也比較多。流量計(jì)中差壓型流量計(jì)是使用量最廣的一種流量計(jì)，廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、化工、天然氣等部門，該流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、適應(yīng)性強(qiáng)、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。本文主要以差壓流量計(jì)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用著手進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。

1 測(cè)量方案與原理

差壓式流量計(jì)又叫節(jié)流式流量計(jì)，它是利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生壓力差的原理來實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。在實(shí)際測(cè)量中，要利用節(jié)流裝置把被測(cè)流體的流量轉(zhuǎn)換成差壓信號(hào)，主要原因是安裝在管道中節(jié)流裝置使得連續(xù)流動(dòng)的流體因流體流通面積突然縮小而形成流束收縮，使得流速加快，擠過節(jié)流孔后，流速又降低。由能量守恒在節(jié)流件前后產(chǎn)生壓力差(靜壓差)Δp=p1-p2，因是節(jié)流裝置，所以有p1>p2。壓力差 p1-p2大小與流過的流體流量之間有一定的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)壓力差就可以求得流量。質(zhì)量流量與壓力差的關(guān)系式為：

圖1 流量計(jì)原理示意圖

為了便于測(cè)量，將差壓信號(hào)進(jìn)行放大，濾波，在利用微處理器進(jìn)行控制，使之能方便記錄、存儲(chǔ)和顯示。在圖1中，利用位移傳感器可以測(cè)量出節(jié)流裝置11和22管壁處的流體靜壓力，將壓力的變化通過電橋的作用，使之轉(zhuǎn)換為電壓的變化，為了便于微處理器能控制，將其信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換。由于要測(cè)量質(zhì)量流量，在A處的壓力傳感器可以測(cè)量得到流體密度的大小(測(cè)量密度的原理是A出的容積是標(biāo)定已知的，通過質(zhì)量大小除以容積即可以得到)。由此得到測(cè)量原理框圖如圖2所示。

圖2 測(cè)量原理框圖

2 硬件電路的分析與設(shè)計(jì)

根據(jù)測(cè)量原理框圖，將各個(gè)部分的電路設(shè)計(jì)如下：

2.1 電橋電路

電橋電路是將壓力的變化轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的變化，在實(shí)際測(cè)量中先調(diào)節(jié)電橋平衡，為了提高精度，減小非線性誤差，選擇將R1和R3加入傳感器，一個(gè)增加，另外一個(gè)減小。

圖3 電橋電路

2.2 電壓放大電路

由電橋輸入的微弱的信號(hào)，通過電壓放大器放大后，便于A/D轉(zhuǎn)換器處理，采用了差分放大電路，能夠抑制共模信號(hào)。

圖4 差分放大電路

2.3 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)

此工作可由單片機(jī)內(nèi)部的10位AD轉(zhuǎn)換器完成，但發(fā)現(xiàn)單片機(jī)的10位AD芯片處理效果不是很好。采用了兩個(gè)AD轉(zhuǎn)換芯片，對(duì)輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換，使用單片機(jī)控制計(jì)算，然后送入液晶顯示其質(zhì)量流量的大小。

AD1674是一片高速 12 位逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的電阻和電容元件即可構(gòu)成一個(gè)完整的 A/D 轉(zhuǎn)換器。AD8326是TI公司推出的16位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換速度快，線性度好，精度高。電路的連接圖，如圖5和圖6所示。

圖5 AD8326轉(zhuǎn)換電路

圖6 AD1674轉(zhuǎn)換電路

2.4 顯示電路

本電路采用12864液晶來實(shí)時(shí)顯示輸出的流體質(zhì)量流量和密度的大小。該液晶具有屏幕反應(yīng)速度快、對(duì)比度高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互。為了簡(jiǎn)化電路，采用串口連接。在單片機(jī)的控制下，按照要求的格式顯示接收到的數(shù)據(jù)和字符信息。圖7為液晶顯示的連接圖。其中D0～D7為數(shù)據(jù)口，R/W為液晶讀寫信號(hào)，E是使能端。

圖7 液晶顯示電路

3 軟件控制設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)所采集的是電壓放大電路輸出的信號(hào)，通過AD轉(zhuǎn)換后，單片機(jī)從而對(duì)兩路模擬信號(hào)進(jìn)行處理，并與流量系數(shù) 、節(jié)流件開孔面積F0及ε進(jìn)行計(jì)算，將測(cè)得的數(shù)據(jù)用液晶適時(shí)的顯示出來，便于觀察。軟件設(shè)計(jì)流程圖，如圖8所示。

智能技術(shù)已成為推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù),采用智能技術(shù)將是傳感器檢測(cè)領(lǐng)域的一個(gè)重要的發(fā)展方向，所研究和制作的智能差壓流量計(jì)只是流量檢測(cè)的一個(gè)縮影，雖然能根據(jù)流體的性質(zhì)修改相關(guān)參數(shù)，實(shí)時(shí)顯示流體的質(zhì)量流量和密度，但達(dá)到全智能還有一段距離，一些技術(shù)要進(jìn)一步的深入和完善。

圖8 軟件設(shè)計(jì)流程圖

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[責(zé)任編輯：倪祥明]

Research and Production of Intelligent Differential Pressure Flowmeter

Song Yanli, Song Wu

(HuanggangPolytechnicCollege，Huanggang438002Hubei)

The differential pressure flowmeter is widely used because of the simple structure and convenient operation. In this paper, from the characteristics of flow, combining with the characteristics of throttling device, the studied differential pressure flowmeter can mass flow and fluid real-time current density, which can be widely used in the measurement of mass flow of different fluids with convenient installation and setup. As long as inputting the flow index and the correction index of fluid expansion through the key for different fluid, in accordance with the steps after installation, it will real-time display the measured fluid flow.

Intelligent differential pressure;Flowmeter; Real time display

2017-03-15

宋艷麗，女，湖北當(dāng)陽(yáng)人，講師。研究方向：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制電路設(shè)計(jì)。

TP602

A

1672-1047(2017)02-0108-03

10.3969/j.issn.1672-1047.2017.02.30