【正文】 ........................... 21 穩(wěn)壓器 的 選用 .................................................. 21 換向機(jī)構(gòu) 電路設(shè)計部分 ............................................... 22 繼電器控制電路 ................................................ 22 脈沖采集電路 .................................................. 23 電源電路 ...................................................... 23 程序設(shè)計編寫及調(diào)試與實(shí)驗 ........................................... 24 主程序介紹及其流程框圖 ....................................... 24 鍵盤中斷程序介紹及其流程框圖 ................................. 25 脈沖采集中斷程序介紹及其流程框圖 ............................. 27 模擬程序的編寫 ............................................... 28 程序 調(diào)試與 容積 實(shí)驗 ........................................... 28 程序 調(diào)試 ................................................ 28 容積比對 實(shí)驗 ............................................ 29 總 結(jié) ...................................................................... 30 參考文獻(xiàn) ................................................................... 31 謝 辭 ...................................................................... 32 附錄一： 穩(wěn)定性與流量關(guān)系 實(shí)驗數(shù) 據(jù) ........................................... 33 附錄二：控制程序 ........................................................... 40 附錄三：容積比對式實(shí)驗數(shù)據(jù) ................................................. 42 附錄 四 ： 實(shí)物照片 ........................................................... 45 利用電磁流量計的容積比對式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計與制作 1 第 1章 緒論 引言 近年來， 隨著水資源的日益匱乏，人們對于合理的使用水資源愈加 重視。 無論是城市還是大多數(shù)農(nóng)村都使用 自來水，并且按使用量來收費(fèi)，因此需要一個準(zhǔn)確的計量器來計量水的使用量 ，這 不僅關(guān)系到提供自來水的公司的利益， 這 也關(guān)系到 許許多多 自 來水使用的家庭和企業(yè)的切身利益 ， 所以自來水表 能否進(jìn)行 準(zhǔn)確計量 非常 重要。 所以在 生產(chǎn)水表過程中 ，要對水表進(jìn)行檢定， 水表 計量準(zhǔn)確度的檢定就顯得很重要，在 能夠 保證精度的前提下，又能夠保證 企業(yè) 高效率的生產(chǎn)。 自動水表檢定裝置 是 由 一套 完整的 水 路 系統(tǒng) （試驗臺、水表固定 連接 機(jī)構(gòu) ） ，包括：流量 計數(shù) （玻璃轉(zhuǎn)子流量計、流量 控制閥 ） ， 計量桶 系統(tǒng)（玻璃 管 液位標(biāo)尺） ， 電器 控制系統(tǒng)（水泵、氣泵） ， 電控系統(tǒng)（電磁閥） 。 檢定 方法 使用 容積法，即水流經(jīng)管道，通過水表進(jìn)入 計量桶 ，水位靜止后，比較水表計量器（電磁流量計）與 計量桶 中的 讀數(shù)，求出示值誤 差 [1]。 研究背景 某 水表公司現(xiàn)在的檢定水表 方法 有單個水表檢定法， 每一臺水表均在大流量 Q3，分界流量 Q2，和小流量 Q1 這三個流量點(diǎn)進(jìn)行檢定，公司現(xiàn)在所采用的水表為 15mm 口徑水表，通常 規(guī)定大流量 Q3為 ； 根據(jù)檢定規(guī)則 Q3/Q1為 160，則小流量 Q1 為 m3/h，Q2/Q1 為 ，所以 Q2 為 。在這三個流量點(diǎn)下 采用容積比對法進(jìn)行檢定， 當(dāng)流過一定水量到計量桶時，讀出水表的 水量 和計量桶內(nèi)的水量 ，計算 出 誤差，從而進(jìn)行校準(zhǔn)。這個 方法誤差較大， 水表 在進(jìn)行 分界 流量和小流 量檢定時 ，水流小， 效率低。 公司為改變這種檢定 方法存在的不足 采用 由單片機(jī)控制的以標(biāo)準(zhǔn)水表作為 “ 母表” 的光電反射式自動多水表檢定 系統(tǒng) ， 來對水表進(jìn)行 分界 流量和小流量的檢定 。 采用該 系統(tǒng) 能夠 很好的 提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和檢定精度。但是這個檢定 系統(tǒng) 的 “母表” 在使用一段時間后 ， 內(nèi)部機(jī)芯容易出現(xiàn) 機(jī)械磨損，從而影響到檢定精度。隨著時代的不斷進(jìn)步，采用 非接觸或無磨損 流量計來替代標(biāo)準(zhǔn)水表作為 “母表” 已經(jīng)成為一種趨勢，建立一個以電磁流量計為 “母表” 的水表檢定 系統(tǒng) 能夠很好的解決機(jī)械磨損的問題 。 在水表的檢定系統(tǒng)中， “母表” 穩(wěn)定性顯得尤為 重要 。若 “母 表” 存在一個固定誤差在檢定中可以采用正負(fù)抵消，而當(dāng) “母表” 誤差 存在跳動時，則無法取得一個合理的值來進(jìn)行正負(fù)抵消，這 就無法進(jìn)行水表檢定。 在 使用 電磁流量計 進(jìn)行 的大量實(shí)驗中發(fā)現(xiàn)，電磁流量計不穩(wěn)定 ，存在的跳動較大 。產(chǎn)生不穩(wěn)定的因素是多方面的， 包括水流穩(wěn)定性、水壓穩(wěn)定性、平臺水平度、開關(guān)閥門速度、電磁流量計的電流不穩(wěn)定等 因素 。為 了減少這些因素對 電磁流量計 穩(wěn)定性 帶來的影響 ，設(shè)計電磁流量計容積比對式的水表檢定系統(tǒng)來減少 由福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 水流 穩(wěn)定性 、水壓穩(wěn)定性 、開關(guān)閥門速度 給 電磁流量計穩(wěn)定性測量 帶來 的影響。 主要研究內(nèi) 容 利用電磁流量計的容積比對式水表檢定系統(tǒng)主要由水管換向機(jī)構(gòu)、氣缸及其驅(qū)動模塊、 P89LPC9401 單片機(jī)控制系統(tǒng)等模塊組成。研究的主要內(nèi)容為通過單片機(jī)控制 電磁閥來實(shí)現(xiàn) 氣缸推動 水管換向， 實(shí)現(xiàn)水流在不同需要的情況下進(jìn)入到不同的位置 。 本文各章內(nèi)容安排如下： 第一章：介紹 畢業(yè)論文的主要研究內(nèi)容 ，某水表公司采用電磁流量計替代標(biāo)準(zhǔn)水表作為“母表”，進(jìn)行單片機(jī)控制的光電反射多水表檢定，但是在試驗中發(fā)現(xiàn)電磁流量計在不穩(wěn)定，為找出不穩(wěn)定因素需要進(jìn)行大量的實(shí)驗，并設(shè)計利用電磁流量計的容積比對式水表檢定系統(tǒng)來減少水流穩(wěn)定性和 開關(guān)閥門對電磁流量計穩(wěn)定性的影響。 第二章：主要對電磁流量計做一個簡介，同時 進(jìn)行 流量與電磁流量計穩(wěn)定性 關(guān)系 實(shí)驗，及實(shí)驗數(shù)據(jù)分。為了找出影響電磁流量計穩(wěn)定性的因素，需要進(jìn)行大量實(shí)驗，同時分析因素和提出解決方案。 第三章：主要介紹了機(jī)臺實(shí)際情況，并針對任務(wù)要求和實(shí)際情況提出各種機(jī)構(gòu)方案介紹， 然后介紹了氣缸的幾種固定方案，接著對設(shè)計的機(jī)構(gòu)零件進(jìn)行強(qiáng)度校核，進(jìn)行氣缸的選擇。 第四章：這一章首先介紹一些元器件的選擇 ，接下去介紹電路圖的設(shè)計，包括電磁閥控制電路、電磁流量計脈沖采集電路和 控制 P89LPC9401 單片機(jī) 電源 電路，接著介紹程序設(shè)計部分， 最后還介紹了程序 調(diào)試和進(jìn)行的容積比對式實(shí)驗及數(shù)據(jù)分析。 最后是對全文進(jìn)行總結(jié)。 利用電磁流量計的容積比對式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計與制作 3 第 2章 穩(wěn)定性與 流量 關(guān)系 實(shí)驗 電磁流量計簡介 電磁流量計的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律 ， 在電磁流量計 內(nèi)部有一個磁場，水流 經(jīng)過磁場與磁場方向垂直，做切割 磁場運(yùn)動， 磁場的兩端將 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 ， 感應(yīng) 電動勢的大小與 水流 運(yùn)動速度 及磁場 強(qiáng)度大小成正比 [2]。 如圖 21 所示，當(dāng) 水流 以平均速度 V )/( sm ，通過內(nèi)徑為 D )(m 的絕緣管子流動時，這 絕緣管子放在 一個均勻磁感應(yīng)強(qiáng)度為 T )(B 的磁場中，在電極上就會 有 感應(yīng)出電動勢 產(chǎn)生，表示為 E ,則 )(VVDkBE ??? （ 21） 水流 流量 表示為 ： VDq4?? （ 22） 感應(yīng) 電動勢 示為： vq4DkBE ?? )(V （ 23） 設(shè)： MBkD ?14? （ 24） 則： MEqv ? )/( 3 hm （ 25） 可見，流量 q 與電動勢 E 成正比。 本設(shè)計需要采集到電磁流量計的脈沖，電磁流量計的脈沖輸出 方式有兩種，頻率的輸出是一個連續(xù)的方波；或者脈沖的輸出是矩形波， 其接線電路如 圖 22所示，接兩根線 P+連接 脈沖輸出正極，其旁邊的 COM 為脈沖輸出接地 [2]。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 4 轉(zhuǎn) 換 器UVDB 圖 21 電磁流量計原理圖 圖 22 電磁流量計接線圖 穩(wěn)定性 與 流量 關(guān)系 實(shí)驗 數(shù)據(jù) 分析 為研究 電磁流量計在 各種流量 下 進(jìn)行 檢定 ， 存在的規(guī)律和找出合適的檢定方法，需要進(jìn)行大量的實(shí)驗。通過實(shí)驗數(shù)據(jù)分析來發(fā)現(xiàn)其中存在的誤差、跳動，通過不同的實(shí)驗找出最佳測量方法，并發(fā)現(xiàn)存在的影響穩(wěn)定性的因素，做出判斷和改正。針對電磁流量計在 某水表公司實(shí)驗 存在穩(wěn)定性較差的問題，進(jìn)行了多種 實(shí)驗。 實(shí)驗中采用電磁流量計作為母表，在各個工位上安裝 15mm 口徑的 不同 編號 的水表， 6個編號分別 為 6010 6010 60136016 6018 60104，分別采用， 樣表 一、樣表二、樣表三、樣表四、樣表五、 樣表六來表示 。 實(shí)驗數(shù)據(jù)見附錄 1。 實(shí)驗 分為三組，第一組實(shí)驗， 各樣表 在 一次 裝夾 后 ， 大流量 連續(xù) 測量 30 次， 分界 流量和小流量各測量 5次。第二組實(shí)驗為同一工位下每測完一次 ，樣 表 進(jìn)行 重新裝夾，大流量測量 21次，分界流量測量 5 次，小流測量 3次。 第三組實(shí)驗采用的不同工位下的測量，即 樣表一 在第一工位測量 5次后進(jìn)行輪換，將第一工位 的樣表放到第二工位，第二工位的樣 表放到第三工位，一次類推，最后一個工位 的樣 表放到第一工位。測量 5次 后 進(jìn)行 一次輪換，直到每個 樣表 表在每個工位下都測量 5 次 。 利用電磁流量計的容積比對式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計與制作 5 各種 流量測量 實(shí)驗 數(shù)據(jù) 分析 各種 流 量 同一 裝夾 下 多次測量 實(shí)驗 中 樣表一放置在第一工位，樣表二放置在第二工位，樣表三放置在第三工位，樣表四放置在第四工位，樣表五放置在第五工位，樣表六放置在第六工位。 從表 21 大流量一 欄實(shí)驗 數(shù)據(jù)中可以看出，大流量 30 次實(shí)驗數(shù)據(jù)顯示電磁流量計的跳動為 ，各樣表都采用 標(biāo)準(zhǔn)水表的誤差較小跳動也較小， 樣表一 跳動為 ， 樣表二 跳動為 ， 樣表三跳動為 ， 樣表四 跳動為 ， 樣表五 跳動為 ， 樣表六 跳動為 。 從表 21分界流量一 欄實(shí)驗 數(shù)據(jù)可以看出，電磁流量計誤差較大，跳動變大為 ，其余工位的誤差相對于大流的跳動有了普遍的提高，具體為 樣表一 跳動為 1， 樣表二 跳動為 1， 樣表三 跳動為 1， 樣表四 跳動為 1， 樣表五 跳動為 ， 樣表六 跳動為 。 從表 21小流量一 欄實(shí)驗 數(shù)據(jù)可以看出，其跳動比大流更大。電磁流量計跳動為 6，樣表一 跳動為 ， 樣表二 跳動為 ， 樣表三 跳動為 ， 樣表四 跳動為 ， 樣表五 跳動為 ， 樣表六 跳動為 。小流后面各個工位上的標(biāo)準(zhǔn)水表 的跳動相對于分界流有的變大有的變小。 從實(shí)驗數(shù)據(jù)的分析上可以明顯的看出，在大流量測 量下電磁流量計的穩(wěn)定性最好，但還是無法滿足要求，正常要求流量計的跳動在 以內(nèi)，在這個要求內(nèi)，小流量和分界流量的 測量中電磁流量計的穩(wěn)定性不好， 無法滿足水表檢定要求。 表 21 各種 流量同一 裝夾 下 多次測量 值 跳動 表 型號 流量 電磁流量計 樣表一 樣表二 樣表三 樣表四 樣表五 樣表六 大流量 分界流量 1 1 1 1 小流量 6 各種 流 量 重新 裝夾 下 測量 本 重新裝夾下測量 指每完成一次實(shí)驗將各個水表拆下在裝上， 實(shí)驗中樣表一放置在第一工位，樣表二放置在第二工位，樣表三放置在第三工位，樣表四放置在第四工位，樣表五放置在第五工位，樣表六放置在第六工位。 從表 22 大流量一欄的實(shí)驗數(shù)據(jù)看出在誤差和跳動上和 同一 裝