【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目一體化流量變送器開發(fā)一體化流量變送器開發(fā)摘 要近年來，伴隨著工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，人們對(duì)流量計(jì)量提出了更高的要求。單純的體積流量測(cè)量已經(jīng)不能完全滿足實(shí)際的測(cè)量要求，在工業(yè)生產(chǎn)的配比和品質(zhì)控制，物料和能量平衡以及貿(mào)易儲(chǔ)運(yùn)中往往需要知道的量是質(zhì)量流量，因此開發(fā)一體化變量變送器具有研究和工業(yè)實(shí)用價(jià)值。該論文首先介紹了流量測(cè)量的意義、差壓流量計(jì)的基本測(cè)量原理、一體化流量變送器的發(fā)展過程與現(xiàn)狀以及流量計(jì)的發(fā)展及應(yīng)用引出差壓、絕壓、及溫度測(cè)量的原因，然后講述了一體化變送器的整體框架及傳感器和單片機(jī)的選型，最后講述了一體化流量變送器的硬件設(shè)計(jì)其中包括了硬件設(shè)計(jì)環(huán)境PROTEL的簡介，MSP430F149單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) ，HART信號(hào)傳輸模塊設(shè)計(jì)，對(duì)差壓 、絕壓、溫度的測(cè)量電路設(shè)計(jì) 。通過理論分析、電路設(shè)計(jì)，該變送器能較好的完成測(cè)量任務(wù)，結(jié)果準(zhǔn)確，測(cè)量電路明確，系統(tǒng)功耗低，運(yùn)行可靠。提高了測(cè)量的精確度具有非常好的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：流量計(jì)，差壓，絕壓，溫度，低功耗The development of Integration flow transmitter AbstractIn recent years, people have paid much more attention to the accuracy offlow measurement as technology progresses. But the volume fluidmeasurement can not meet the requirements for the industrial developmentany longer. In mixture and quality control of industry, material and energybalance as well as merce storage, what we need is mass flow muftivariable transmitter has research and industrial value.This paper firstly introduces the flow measurement significance, the basic differential flowmeter measuring principle and the development of the integration process and the rate incore status and development and application of the flowmeter is led on business press, certainly pressure, and the temperature measurement of reason, then tells the whole framework and the integrated transmitter sensor and MCU selection, finally tells the integration of hardware design rate incore including hardware design environment the introduction, MSP430F149 PROTEL SCM system design, HART signal transmission module design, of pressure difference, the absolute pressure, temperature measurement circuit design.Through theoretical analysis and the measurement circuit show that the transmitter can better plete measurement task, results are accurate, the measurement circuit clear, the system low power consumption, reliable operation. Improve the measurement accuracy has very good prospects for development.Key Words：Flowmeter；differential pressure； the absolute pressure；temperature； low power consumption目 錄摘 要 iAbstract ii第一章 引 言 1 1 3 4 4 5 第二章 一體化變送器框架設(shè)計(jì)及其選型 6 6 6 9 第三章 一體化流量變送器的硬件設(shè)計(jì) 11 硬件設(shè)計(jì)環(huán)境簡介 11 PROTEL設(shè)計(jì)系統(tǒng)發(fā)展概況及特點(diǎn) 11 PROTEL99的使用方法 11 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 HART信號(hào)傳輸模塊設(shè)計(jì) 21 測(cè)量電路設(shè)計(jì) 23 絕壓信號(hào)的絕壓信號(hào)的測(cè)量 23 差壓信號(hào)的測(cè)量 24 27 總結(jié) 28 第四章 總結(jié)與展望 29 參 考 文 獻(xiàn) 30 致 謝 31 第一章 引 言21世紀(jì)是一個(gè)信息化的時(shí)代，以信息科學(xué)、材料工程和生物技術(shù)為主要支柱的技術(shù)革新正在不斷地推動(dòng)著人類社會(huì)由工業(yè)化向信息化發(fā)展。檢測(cè)技術(shù)及儀表作為感知、采集、轉(zhuǎn)換、處理和傳輸各種信息不可缺少的重要技術(shù)已逐漸滲入到日常生活及生產(chǎn)的所有領(lǐng)域，并日益突顯它的重要性。隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，工業(yè)生產(chǎn)得到不斷發(fā)展，對(duì)檢測(cè)技術(shù)提出了許多新的要求，而新的檢測(cè)技術(shù)和儀表的出現(xiàn)又進(jìn)一步推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，所以說檢測(cè)技術(shù)和儀表是衡量現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平高低的一個(gè)標(biāo)志。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，作為檢測(cè)技術(shù)重要組成部分的流量測(cè)量，因其與國民經(jīng)濟(jì)、國防建設(shè)、科學(xué)技術(shù)的密切關(guān)系，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有舉足輕重的地位。當(dāng)前，需要測(cè)量的流體日趨多樣化，對(duì)流量測(cè)量的準(zhǔn)確度要求越來越高。被測(cè)流體有氣體、液體和混合流體，流體的粘度有高有低，流體的測(cè)量條件從高溫到低溫、從高壓到低壓，被測(cè)介質(zhì)可能呈層流、紊流、脈動(dòng)流、混相流等各種流體狀態(tài)，流體的流量范圍很寬從微小流量到大流量。為此，要根據(jù)被測(cè)流體的種類和流動(dòng)狀況以及測(cè)量場(chǎng)所等條件，研究各種相應(yīng)的測(cè)量方法。由于測(cè)量的復(fù)雜性，流量測(cè)量儀表己經(jīng)成為工業(yè)過程檢測(cè)控制儀表中品種最為繁多的一類儀表。各種流量儀表，有著各種不同的測(cè)量原理和結(jié)構(gòu)特征，其使用方法也各不一樣。因此，測(cè)量流量時(shí)，事先必須充分研究測(cè)量條件，選用適合于相應(yīng)條件的流量儀表。流量測(cè)量技術(shù)正日新月異的向前發(fā)展。現(xiàn)有的流量儀表在結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)上不斷改進(jìn)，新型流量儀表不斷出現(xiàn)，從而克服了一些以往流量測(cè)量技術(shù)難以解決的問題。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，流量與溫度、壓力、物位一樣，是一般熱工生產(chǎn)過程的重要參數(shù)人們依靠這些參數(shù)有效地指導(dǎo)生產(chǎn)操作、監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的自動(dòng)化。各流動(dòng)介質(zhì)的計(jì)量問題及流量的精確測(cè)量和調(diào)節(jié)已經(jīng)成為當(dāng)前工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)、能源計(jì)量管理、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的一個(gè)重要內(nèi)容，是保證生產(chǎn)過程安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低物質(zhì)消耗、提高經(jīng)濟(jì)效益、實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理的基礎(chǔ)。在整個(gè)過程檢測(cè)儀表中，流量儀表的產(chǎn)值約為1/5至 1/4。在能源計(jì)量中，使用了大量的流量計(jì)，例如石油工業(yè)，從石油開采、儲(chǔ)運(yùn)、冶煉加工直到貿(mào)易銷售的全過程中，任何一個(gè)環(huán)節(jié)都離不開流量計(jì)，否則將無法保證石油工業(yè)的正常生產(chǎn)和貿(mào)易往來。在天然氣工業(yè)蓬勃發(fā)展的現(xiàn)在，天然氣的計(jì)量引起了人們的特別關(guān)注，因?yàn)樵谔烊粴獾牟杉?、處理、?chǔ)存、運(yùn)輸和分配過程中，需要數(shù)以萬計(jì)的流量計(jì)，其中有些流量計(jì)涉及到的結(jié)算金額數(shù)字巨大，對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度和可靠性要求特別高。除此之外，在煤氣、成品油、液化石油氣、蒸汽、壓縮空氣、氧氣、氮?dú)?、水的?jì)量中，也要使用大量的流量計(jì)，其中很大一部分用于貿(mào)易結(jié)算，計(jì)量準(zhǔn)確度需滿足國家的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)流量測(cè)量提出了很高的要求。在化工行業(yè)，流量計(jì)量的不準(zhǔn)確容易造成化學(xué)成分分配比例失調(diào)，無法保證產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重的還會(huì)發(fā)生安全事故。在電力工業(yè)中，流量計(jì)量對(duì)液體、氣體、蒸汽等介質(zhì)流量的測(cè)量和調(diào)節(jié)具有重要的意義。流量計(jì)量的準(zhǔn)確與否不僅對(duì)保證發(fā)電廠在最佳參數(shù)下運(yùn)行具有重大的經(jīng)濟(jì)意義，而且隨著高溫、高壓、大容量機(jī)組的投產(chǎn)，流量測(cè)量己成為保證發(fā)電廠安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。在鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中，煉鋼過程中循環(huán)水和氧氣(或空氣)的流量測(cè)量是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要技術(shù)手段。在輕工業(yè)、食品、紡織等行業(yè)中，也都離不開流量計(jì)量。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，諸如農(nóng)田水利、氣象風(fēng)速，甚至有些農(nóng)業(yè)機(jī)械，像機(jī)動(dòng)噴霧機(jī)、水泵的特性測(cè)試，同樣需要流量計(jì)量。在國防建設(shè)上，隨著空間技術(shù)的發(fā)展，對(duì)流量計(jì)量提出了相當(dāng)高的要求。如宇宙飛船、核潛艇的核動(dòng)力控制離不開流量儀表。火箭發(fā)功機(jī)試車一次消耗大量的液化燃料，如果流量不準(zhǔn)，不僅經(jīng)濟(jì)損失巨大，而且射程也會(huì)偏離幾千公里:防化裝備也少不了流量儀表。有些軍事工程甚至配用上千臺(tái)流量計(jì)。在科學(xué)研究、對(duì)外貿(mào)易輸送以及與人民生活密切相關(guān)的公用設(shè)施等方面，流量計(jì)量同樣占有重要的地位和作用。經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性戰(zhàn)略中強(qiáng)調(diào)了節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的重要性。能源是發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，當(dāng)前的能源問題己成為我國國民經(jīng)濟(jì)中的一個(gè)突出問題。我國是一個(gè)能源消耗大國，人均占有資源少，而且能源利用率低(比發(fā)達(dá)國家低20%左右)，所以我國節(jié)能的潛力是很大的。如果能源利用率能提高l%，其經(jīng)濟(jì)效益將非?？捎^。現(xiàn)在節(jié)約能源，是國家的一項(xiàng)重要方針，要搞好節(jié)能工作，首先必須對(duì)能源進(jìn)行科學(xué)管理，能源的計(jì)量測(cè)試工作就是對(duì)能源進(jìn)行科學(xué)管理的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)工作。這一工作如果做得不好，節(jié)能的效果就難以確定。只有對(duì)流量進(jìn)行精確的測(cè)量，才能做到“耗能有數(shù)，節(jié)能有據(jù)”。同時(shí)為了人類賴以生存的生活空間，對(duì)于工業(yè)廢氣排放、污水的治理、垃圾的回收中廢物含量的檢測(cè)和準(zhǔn)確測(cè)量也顯得尤其重要。于是數(shù)以萬計(jì)的煙氣排放點(diǎn)和污水排放口都成了流量測(cè)量的對(duì)象。所以說流量計(jì)量對(duì)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境有著重要作用[1]。流量測(cè)量是一門復(fù)雜、多樣的技術(shù)，這不僅由于測(cè)量精確度的要求越來越高，而且測(cè)量對(duì)象復(fù)雜多樣，這樣的要求和情況促進(jìn)了人們對(duì)流量測(cè)量的應(yīng)用研究。差壓式流量計(jì)在氣體的流動(dòng)管道上裝有一個(gè)節(jié)流裝置，其內(nèi)裝有一個(gè)孔板，中心開有一個(gè)圓孔，其孔徑比管道內(nèi)徑小，在孔板前燃?xì)夥€(wěn)定的向前流動(dòng)，氣體流過孔板時(shí)由于孔徑變小，截面積收縮，使穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)被打亂，因而流速將發(fā)生變化，速度加快，氣體的靜壓隨之降低，于是在孔板前后產(chǎn)生壓力降落，即差壓（孔板前截面大的地方壓力大，通過孔板截面小的地方壓力?。?。差壓的大小和氣體流量有確定的數(shù)值關(guān)系，即流量大時(shí)，差壓就大，流量小時(shí)，差壓就小。流量與差壓的平方根成正比。差壓式流量計(jì)是根據(jù)安裝于管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的差壓,已知的流體條件和檢測(cè)件與管道的幾何尺寸來計(jì)算流量的儀表。差壓式流量計(jì)由一次裝置(檢測(cè)件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表)組成。通常以檢測(cè)件形式對(duì)差壓式流量計(jì)分類,如孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、均速管流量計(jì)等。二次裝置為各種機(jī)械、電子、機(jī)電一體式差壓計(jì)，差壓變送器及流量顯示儀表。它已發(fā)展為三化(系列化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化)程度很高的、種類規(guī)格龐雜的一大類儀表,它既可測(cè)量流量參數(shù)，也可測(cè)量其它參數(shù)(如壓力、物位、密度等)。差壓式流量計(jì)的檢測(cè)件按其作用原理可分為：節(jié)流裝置、水力阻力式、離心式、動(dòng)壓頭式、動(dòng)壓頭增益式及射流式幾大類。檢測(cè)件又可按其標(biāo)準(zhǔn)化程度分為二大類：標(biāo)準(zhǔn)的和非標(biāo)準(zhǔn)的。所謂標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件是只要按照標(biāo)準(zhǔn)文件設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用，無須經(jīng)實(shí)流標(biāo)定即可確定其流量值和估算測(cè)量誤差。非標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件是成熟程度較差的，尚未列入國際標(biāo)準(zhǔn)中的檢測(cè)件。 差壓式流量計(jì)是一類應(yīng)用最廣泛的流量計(jì)，在各類流量儀表中其使用量占居首位。近年來，由于各種新型流量計(jì)的問世，它的使用量百