摘要(yào):設計以PIC單片(pian)機爲核心的(de) 智能渦輪流(liu)量計 ，用于蒸(zheng)汽流量的測(ce)量。結合氣體(tǐ)流量與密度(dù)的特點🌈設計(jì)👌溫度壓力補(bǔ)償電路，并用(yòng)串口液晶顯(xian)示模塊實🐪時(shí)顯示所測的(de)流量大小、溫(wēn)度和壓力，同(tong)時可利用鍵(jiàn)🌐盤進行參數(shù)的設定和👅修(xiu)改。該方案節(jiē)省了⛷️資源，提(tí)高了性價比(bi)✍️，保證了系統(tong)的精度和實(shí)時性🤟。
　　在現代(dai)工業生産和(he)流通等領域(yu)，流量檢測是(shi)計量管💃🏻理、貿(mào)❓易結算的第(dì)一可靠性依(yi)據，也是一門(men)實用性很強(qiang)的👄檢測技術(shù);但流💰體的複(fú)雜性決定了(le)流量檢測的(de)問題也🙇‍♀️很多(duō)，氣體流量的(de)溫度😄壓力補(bǔ)償問題就是(shi)其中之一。流(liú)量傳感器在(zài)測量同樣介(jiè)質的流體流(liú)量參數時都(dou)是工況流量(liàng)，尤其🔞是氣體(ti),即便測量結(jié)果相🈲同，由于(yú)受溫度和壓(ya)力的影響,在(zai)轉換成标準(zhǔn)流😍量時結果(guo)往往也是不(bu)一緻的。這就(jiu)産生了🔅流量(liang)檢測中的溫(wēn)度壓力補償(chang)問題。
　　在使用(yòng)流量計測流(liú)量時，使用者(zhě)如果不考慮(lǜ)溫度壓力補(bǔ)償的話，得到(dao)的結果往往(wang)會與正确結(jié)果大相徑庭(ting)，無法進行貿(mào)易結✌️算或工(gong)藝考核。液體(tǐ)體積幾乎不(bu)受壓力影響(xiang)，僅和溫度有(you)關，而👌且當溫(wēn)度變化範圍(wei)很小時，液體(tǐ)體積的變化(hua)也極小;但是(shi)氣體受壓力(lì)、溫度🔱影響所(suo)引起🔴的流體(tǐ)特性的變化(hua)很大🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，在流量(liàng)檢測中，氣體(ti)流量溫度壓(ya)力補償的意(yì)📱義重大。
1渦輪(lún)流量計工作(zuo)原理
　　渦輪流(liú)量計 作爲最(zuì)通用的流量(liàng)計具有精度(dù)高、重複性好(hǎo)等優點，廣泛(fàn)用🔴于高壓、高(gao)溫、低溫及微(wei)流量的測量(liang)中。渦輪流量(liang)計🚶是一☔種速(su)度式流量計(jì)，它是由渦輪(lún)、軸承、前置放(fang)大器、顯㊙️示儀(yí)表組成。被測(ce)流體沖擊渦(wō)輪葉片，使渦(wo)輪旋轉，渦輪(lún)的轉速随流(liú)量的變化而(ér)變化💋，即流量(liang)大，渦輪的轉(zhuan)速也大，再經(jīng)磁電轉換裝(zhuāng)置把渦輪的(de)轉速轉換爲(wèi)相應頻率的(de)電脈沖，經前(qian)置放大器放(fàng)大後，送入顯(xiǎn)示儀表進行(hang)計♋數和顯示(shi)，根據🌈單🌂位時(shi)間内的脈沖(chòng)♊數和累計脈(mò)沖數即可求(qiu)出瞬時流量(liàng)和🧑🏽‍🤝‍🧑🏻累積流量(liang)"。當流體沿着(zhe)管道的軸線(xian)方向流動、并(bing)沖擊渦輪葉(ye)片時，流經渦(wo)輪變送器的(de)流體♌體積流(liú)量：
 
2硬件電路(lu)設計
2.1總體設(she)計
　　該系統以(yǐ)PIC單片機爲控(kòng)制核心，包括(kuo)流量信号采(cai)集😍模🤞塊❄️、溫度(du)和壓力信号(hào)采集模塊、鍵(jiàn)盤以及顯示(shì)模塊5個部分(fèn)❤️。流量信号采(cai)集模塊使用(yong)渦輪流量計(ji)采集流量信(xin)号，經過外圍(wéi)電路處理後(hòu)送入單片機(jī)，測量其頻率(lǜ)，用于流量計(ji)算;溫度和壓(yā)力采集模塊(kuai)将🛀🏻采.集到的(de)溫度和壓力(lì)通過A/D轉換後(hòu)送♉入單片機(jī)，用.于氣體的(de)密度㊙️計算，對(dui)氣體流量進(jin)行補償;鍵盤(pán)模🈚塊實現對(duì)儀表參數的(de)設置、各顯示(shi)内容之間的(de)轉換操作;顯(xian)示模塊實♌現(xian)瞬時流量、累(lèi)積🔆流量、溫度(du)和❌壓力的顯(xiǎn)🔴示。系統的總(zong)體結構圖如(rú)圖1所示。
 
2.2PIC單片(pian)機
　　pIc單片機采(cai)用哈佛總線(xiàn)結構，精簡指(zhi)令,運行速度(du)快，價格🐅低廉(lián)，低功耗，内部(bu)具有8通道10位(wèi)A/D轉換器，最大(dà)有🆚8kX14字節的HASH程(chéng)㊙️序存儲器，工(gong)作電壓範圍(wéi)寬，帶振蕩式(shì)看門狗，不需(xu)要任✍️何外部(bù)器件。在該系(xi)統☁️設計中具(ju)有較大的優(yōu)勢。
2.3流量檢測(cè)電路
　　渦輪脈(mò)沖信号經濾(lǜ)波整形放大(dà)後,再經過光(guāng)電隔離電路(lù)🏃🏻後進🏃‍♀️入PC16F877單片(piàn)機進行脈沖(chong)頻率測量，從(cóng)而測量出流(liú)量的大小。
2.4溫(wen)度壓力檢測(ce)電路
　　采壓力(li)傳感器154n對氣(qì)體壓力進行(háng)檢測。該傳感(gan)器屬㊙️于💰壓阻(zu)式半導體壓(ya)力傳感器，用(yong)電阻構成電(dian)橋後接電壓(ya)跟随器送至(zhi)❌RA0口。.将Pt100檢測到(dao)的溫度信号(hào)經A、B兩個電壓(yā)🔅跟.随器後分(fèn)别送至減法(fǎ)電路✔️和放大(da)電路🤞，再經減(jian)法器E後進入(ru)✔️單片機的RA1口(kou)。
　　此時有U7E=100UiA-200IB，電位(wei)器Rv3用來調零(líng)，當其阻值調(diào)至和Pt100阻值相(xiàng)同✍️時，此時U7E爲(wèi)零，未調整時(shí)即爲常溫值(zhí)。其原理如圖(tú)2所示.
　　爲了提(ti)高系統的測(ce)量精度,壓力(lì)檢測和溫度(dù)檢測均采用(yong)IM334恒流源向其(qi)提供恒定的(de)電流，同時添(tiān)加一個電阻(zǔ)和一個二極(jí)管以❤️獲得零(ling)點漂移操作(zuo)。
 
3.系統軟件設(shè)計
3.1總體設計(ji)
　　系統軟件包(bao)括初始化程(chéng)序、主程序、中(zhong)斷控制程序(xù)、流量、溫度、壓(ya)力檢測程序(xu)以及鍵盤顯(xiǎn)示程序等。初(chū)始化程序主(zhu)要完成單片(piàn)機初始化和(hé)設置計數方(fang)式等。主程序(xu)主要通過查(chá)詢标志位SET_RUN和(hé)OPERATE來判斷程序(xu)是運行狀态(tài)還是設置狀(zhuàng)态，然後調用(yong)相應的處理(lǐ)子程序。首先(xiān)開全局中斷(duàn)，允許單片機(ji)響應所有中(zhōng)斷源産生的(de)中斷請求;當(dang)單片機查詢(xún)到标志位SET_RUN被(bèi)置位時，就進(jin)入設置狀态(tai)，對儀表系數(shu)進行設定;進(jìn)入運行狀态(tài)後還要查詢(xún)标志位OPERATE是否(fǒu)被置位，被置(zhi)位後就進行(hang)溫度與壓力(li)的.A/D轉換、流量(liang)的計算和數(shu)據的儲存。中(zhōng)斷程序用于(yú)查詢定時時(shi)間，進入中斷(duan)服務子程序(xu)完成流量采(cǎi)集、工作狀況(kuang)“下溫度和壓(ya)力采集，瞬時(shi)流量和累積(jī)流量的計算(suan)。系統主流程(chéng)圖如圖3所示(shì)。
 
3.2流量溫度壓(yā)力信号采集(jí)
　　流量信号的(de)采集主要通(tong)過計數器MR0中(zhōng)斷服務程序(xù)完成，采用定(dìng)時器模式，定(dìng)時時間設爲(wèi)1so定時時間到(dao)，比較寄存器(qi)裏面的内容(rong)，大于1s則對計(jì)數器IMR1讀數，以(yi)獲得流量信(xin)号的頻率，并(bing)清零;小于1s,則(zé)加1後結束。
　　溫(wen)度和壓力信(xin)号的采集是(shi)通過PICI6F877單片機(jī)内部的ADC模塊(kuai)将💛其轉換成(cheng)數字量，采樣(yàng)完成後計算(suàn)出溫度和壓(yā)力值，并将這(zhè)兩個數值🤟在(zai)液晶屏上顯(xian)示出來。.
3.3鍵盤(pan)顯示
　　設置3個(gè)鍵盤，利用電(dian)平變化中斷(duan)功能來實現(xiàn)，采用延時⭐去(qù)✊抖法，按鍵有(yǒu)效就進入按(an)鍵處理程序(xù)。F表示功能鍵(jian)，用KI來表示，每(měi)按一-次表示(shì)在流量顯示(shi)和溫度、壓力(li)顯示間切換(huàn)，-表示移位鍵(jiàn)，用K2表示，↑爲增(zēng)加鍵，用K3表示(shì)。如果F+→(即Kl+K2)被按(àn)⁉️下，則設置标(biāo)志位置1,主程(cheng)序查詢到其(qi)置1後，就進入(ru)設置狀态。在(zài)該狀态下，→(K2)鍵(jian)定義爲移位(wei)鍵，以閃爍表(biǎo)示光标所在(zài)位，每.按一次(cì)，閃爍移到下(xia)一位，到最後(hòu)一位🆚回閃第(di)一一位。↑(K3)定義(yì)爲增加✊鍵，對(dui)光标所在位(wèi)的數值進行(háng)修改，每按--次(cì)，循環增加一(yī)個定義單位(wei)，定💋義單位視(shì)參數類型而(er)定。當程序查(cha)詢到↑+→(K2+K3)被按下(xia)時，就把累積(ji)流量清🙇🏻零，并(bing)把标💞志位置(zhì)1,當查詢到F(K1)鍵(jiàn)被按下時，每(mei)按-一次，在流(liú)量顯示和溫(wen)度、壓力顯示(shì)之間切換。
采(cai)用段式液晶(jing)顯示器LCM103來顯(xian)示瞬時和累(lei)計流量，同🔴時(shí)實🏃‍♀️時顯示溫(wen)度和壓力"。
4溫(wēn)壓補償的實(shí)現
　　一般來說(shuō)，在生産中大(da)多要求得到(dao)氣體的質量(liang)流量，由于氣(qi)體體積受溫(wen)度和壓力的(de)影響太大,在(zai)溫度和壓力(li)不斷變化♊的(de)環境中得出(chu)的流量需要(yao)補♍償換算。
　　在(zài)得到了渦輪(lún)流量計輸出(chu)的流量信号(hào)、測量介質的(de)溫🏃🏻‍♂️度和壓力(lì)後，就可以進(jìn)行飽和蒸汽(qi)質量流量🔞的(de)實時計算了(le)。由公式(2)可知(zhī)，頻率f已經通(tōng)過IMR1計數器測(cè)得，隻要再得(de)🔅到密度🌈Q就可(kě)以計算飽和(hé)蒸汽的質量(liang)流量了。飽和(hé)蒸汽的密度(dù)Q和它的溫度(dù)壓力有關🏃‍♂️，其(qi)關系如表1所(suǒ)示。可以看到(dao)，密度Q隻是溫(wen)度或者壓力(li)的函數，而不(bú)是它們兩個(ge)參數的函數(shu),所以隻要通(tong)過表1的數據(ju)拟合出一💰條(tiao)溫度-密度(或(huò)者壓力.密度(dù))的曲線，測出(chu)溫度(或者壓(ya)力)值就可以(yi)㊙️得到密度值(zhi)。拟合溫度-密(mi)度曲線⚽或者(zhe)壓力-密度曲(qu).線均可，但溫(wen)度和壓力都(dou)要顯示出來(lái)。
 
　　由溫度的A/D采(cai)樣值和密度(dù)值間的關系(xì)式，根.據公式(shi)(2)就可以進行(hang)流量的質量(liàng)流量計算。
5結(jie)束語
　　基于PIC單(dan)片機的智能(neng)渦輪流量計(ji)設計，節省了(le)資源，提高♋了(le)系統性價比(bǐ)，同時又由于(yu)采用了合理(lǐ)的溫度壓力(li)檢測方法和(he)新的補償方(fāng)式，可以盡可(ke)能地消除系(xì)📐統誤差，較爲(wèi)快速正确地(dì)計算♌溫度壓(yā)力變化時流(liú)體的密度和(he)流量值，保🥰證(zhèng)了系統的精(jīng)度和🏒實時性(xing)，具有較好的(de)應用價值。

以(yi)上内容源于(yu)網絡，如有侵(qīn)權聯系即删(shān)除!