【正文】 一個無因次量。6．分辨力分辨力是指傳感器可能感受到的被測量的最小變化的能力。它是輸出—輸入特性曲線的斜率。特性曲線較常用的有兩種不同表示形式：一種是表示流量計(jì)的某種特性(通常是流量系數(shù)或儀表系數(shù)，也有的是某一與流量有關(guān)的輸出量)與流量或雷諾數(shù)的關(guān)系；另一種是表示流量計(jì)測量誤差隨流量或雷諾數(shù)變化的關(guān)系，這種特性曲線一般稱為流量計(jì)的誤差特性曲線。 流量測量參數(shù)1．靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。如果流體的流動是不隨時間變化的，是定常流，流量就可以用流體在單位時間內(nèi)通過一定截面的體積或質(zhì)量來表示。這種測量方法的缺點(diǎn)是：1．傳播時間法只能用于清潔液體和氣體；而多普勒法只能用于測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體；2．多普勒法測量精度不高。這種測量方法的主要優(yōu)點(diǎn)是：1．高精度，在所有流量計(jì)中，屬于最精確的流量計(jì)；2．重復(fù)性好；3．元零點(diǎn)漂移，抗干擾能力好；4．范圍度寬；5．結(jié)構(gòu)緊湊。這種測量方法的主要優(yōu)點(diǎn)是：1．計(jì)量精度高；2．安裝管道條件對計(jì)量精度沒有影響；3．可用于高粘度液體的測量；4．范圍寬；5．直讀式儀表無需外部能源可直接獲得累計(jì)總量，清晰明了，操作簡便。它有一系列優(yōu)良特性，可以解決其它流量計(jì)不易應(yīng)用的問題，如臟污流、腐蝕流的測量。 差壓測量方法是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生的差壓，已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計(jì)算流量的。 流量檢測技術(shù)種類和特點(diǎn)常見的流量測量方法有渦街流量測量方法、差壓式流量測量方法、浮子流量測量方法、渦輪流量測量方法、電磁流量測量方法、容積式流量測量方法、質(zhì)量流量測量方法和超聲流量測量方法。目前國內(nèi)已形成了相當(dāng)規(guī)模的開發(fā)和制造流量儀表行業(yè)，我國現(xiàn)有各類儀器儀表企業(yè)6千多家，儀器儀表已經(jīng)形成門類品種比較齊全，具有一定技術(shù)基礎(chǔ)和生產(chǎn)規(guī)模的工業(yè)體系，成為亞洲除日本以外第二大儀器儀表生產(chǎn)國。借助現(xiàn)在發(fā)展比較成熟的壓力傳感器得到與流體的流量相對應(yīng)的脈沖信號，通過放大、整形及模數(shù)轉(zhuǎn)換送單片機(jī)處理，得到信號的頻率值，再在壓力傳感器信號提供的輔助信息的幫助下，通過補(bǔ)償?shù)却胧?，得到最終的流量值。差壓流量計(jì)應(yīng)用范圍廣，但需要導(dǎo)壓管，易泄漏。如果能夠解決這些小流量測量方面的問題并制造出產(chǎn)品，就能夠縮短與國際同行之間的差距，為我國的科技振興做出貢獻(xiàn)。 Karman vortex不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印 II 目錄摘要…… IAbstract II第1章 緒論 1 本文的目的和意義 1 流量檢測儀表的現(xiàn)狀 1 流量檢測技術(shù)種類和特點(diǎn) 2 2 3 3 4 4 5 研究內(nèi)容 5第2章 流量測量基本概念 6 流量概念 6 流量測量參數(shù) 6 本章小結(jié) 8第3章 渦街流量計(jì)基本概念 9 渦街流量計(jì)原理及模型 9 卡門渦街 9 物理模型 10 應(yīng)用中的問題 11 11第4章 渦街流量計(jì)硬件設(shè)計(jì) 12 硬件電路總體設(shè)計(jì) 12 傳感器部分電路 13 傳感器 13 傳感器信號調(diào)節(jié)器 14 信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì) 16 17 17 液晶顯示電路設(shè)計(jì) 19 20 通訊接口的設(shè)計(jì) 22 鍵盤接口的設(shè)計(jì) 22 本章小結(jié) 23第5章 單片機(jī)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 24 編譯環(huán)境概述 24 主程序設(shè)計(jì) 24 顯示程序設(shè)計(jì) 25 鍵盤程序設(shè)計(jì) 25 RS232接口程序設(shè)計(jì) 26 本章小結(jié) 27結(jié)論 28致謝 29參考文獻(xiàn) 30附錄A 31附錄B 35附錄C 38附錄D 39千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。流量的精確測量在節(jié)能降耗、經(jīng)濟(jì)核算、自動控制等方面有著廣泛的應(yīng)用。本文詳述了渦街流量計(jì)及壓電式傳感器的原理，并設(shè)計(jì)了信號調(diào)理電路，處理來自壓力傳感器的微弱電壓信號，使之能夠滿足單片機(jī)對輸入信號的要求。流量的計(jì)量是計(jì)量科學(xué)技術(shù)的組成部分之一，它與國民經(jīng)濟(jì)、國防建設(shè)、科學(xué)研究有密切的關(guān)系。此外就液體而言，還存在粘度大小不同等情況。質(zhì)量流量計(jì)主要用于質(zhì)量流量的檢測。據(jù)國外資料表明，在不同的工業(yè)部門中所使用的流量儀表占整個儀表總數(shù)的15~30%。高檔、大型儀器設(shè)備幾乎全部依賴進(jìn)口。渦街流量計(jì)就是根據(jù)渦街測量方法設(shè)計(jì)的。這種測量方法的主要優(yōu)點(diǎn)是：1．應(yīng)用最多的孔板式流量計(jì)結(jié)構(gòu)牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長；2．應(yīng)用范圍廣泛，至今尚無任何一類流量計(jì)可與之相比擬；3．檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產(chǎn)，便于規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。這種測量方法的缺點(diǎn)是：1．不能測量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品；2．不能測量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體；3．不能用于較高溫度。渦輪測量方法采用多葉片的浮子(渦輪)感受流體平均流速，從而推導(dǎo)出流量或總量。超聲測量方法是通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈沖)的作用來測量流量的方法。 研究內(nèi)容本文在對流量測量的各種方法和流量儀表的發(fā)展動態(tài)進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)上，通過對卡門渦街原理的理解和公式的推導(dǎo)，得出流量和應(yīng)力頻率的關(guān)系。設(shè)流體通過截面中的某一微小面積為，并且選取通過該微小面積流體的流速為，則流體通過微小面積的體積流量，為： 　　 　 　　　　　 (2—1)流體通過整個截面積的體積流量q，可用對截面積F積分求出： (2—2)質(zhì)量流量可以用流體體積流量與流體密度之積來表示。2．動態(tài)特性所謂動態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度(非線性誤差)就是這個近似程度的一個性能指標(biāo)。靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。只有當(dāng)輸入量的變化超過分辨力時，其輸出才會發(fā)生變化。雷諾數(shù)大，意味著慣性力占主要地位，流體呈紊流流動狀態(tài)，一般管道雷諾數(shù)Re2000為層流狀態(tài)，Re4000為紊流狀態(tài)，Re=2000~4000為過渡狀態(tài)。Vh漩渦漩渦發(fā)生體VpVL圖 31 卡門渦街原理圖實(shí)驗(yàn)表明，漩渦分離頻率，即單位時間內(nèi)在由柱體一側(cè)產(chǎn)生的漩渦數(shù)目f與流體速度v成正比，與柱體迎流面的寬度d成反比，即： (3—1)其中： 漩渦分離頻率() St 斯特勞哈爾數(shù)（無量綱）。渦街流量計(jì)是一種無運(yùn)動部件的流量計(jì)，按其原理分類屬于振蕩型流量計(jì)。此外還可以采用以上5種柱型的修改形狀或變形，以及幾種基本形狀組合在一起的組合柱型。在本測量系統(tǒng)中，單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的核心部件，使系統(tǒng)增強(qiáng)了數(shù)據(jù)處理、自診斷、顯示與報警等功能。4．聲、光信號調(diào)制檢測方法利用聲束光束通過渦街時受到漩渦的調(diào)制，由接收聲強(qiáng)光強(qiáng)或相位的脈動頻率得到漩渦分離頻率。因此，研究的渦街流量計(jì)系統(tǒng)使用壓電式壓力傳感器來測量流體的壓力。圖 43 MAX1450引腳圖圖44 MAX1450與單片機(jī)連接圖MAX1450的各個引腳功能如下：表41 MAX1450引腳功能管腳號代號功能1INP正傳感器輸入116IC內(nèi)部連接，斷開連接4SOTC偏移量TC輸入符號位5SOFF偏移量輸入符號位6A1PGA獲得設(shè)置輸入7A0PGA獲得設(shè)置LSB輸入8OFFOC偏移量TC調(diào)節(jié)9OFFSET偏移量調(diào)節(jié)輸入10BBUF緩沖橋式電壓輸出11FSOTRIM電橋驅(qū)動電源設(shè)置輸入13A2PGA獲得設(shè)置MSB輸入14OUTPGA輸出電壓15正供電電壓輸出17ISRC電流源參考18SDRIVE傳感器激勵電源輸出19負(fù)供電電壓輸出20INM負(fù)傳感器信號輸入 信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì)為了進(jìn)行數(shù)字量和控制系統(tǒng)的處理，我們需要設(shè)計(jì)一個模數(shù)轉(zhuǎn)化電路，將從濾波器傳來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳入單片機(jī)進(jìn)行處理。三線串行接口，兼容SPI，QSPI，Microwire總線。這時可在SCLK端輸入一串脈沖將結(jié)果從DOUT端移出，讀入單片機(jī)中處理。圖46 MAX187與單片機(jī)連接圖目前在市場常見的有PHILIPS，SIEMENS，INTEL，ATMEL等公司生產(chǎn)的100多種型號的80C51系列單片機(jī)。圖 47 AT89C52引腳圖主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。本系統(tǒng)采用MSCG19264型點(diǎn)陣式LCD，實(shí)現(xiàn)電流信號數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示。4．R/W：讀/寫選擇信號。8．V0、Vee：LCD驅(qū)動電源。4．電源故障輸入端(PFI)：，5號引腳PFO輸出的信號由高電平變?yōu)榈碗娖?。圖 410 看門狗 通訊接口的設(shè)計(jì)AT89C52內(nèi)部有一個功能很強(qiáng)的全雙工串行口，該串行口有4種工作方式，波特率可用軟件設(shè)置，由片內(nèi)定時/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生，接收發(fā)送均可觸發(fā)中斷系統(tǒng)，使用方便。在本采集系統(tǒng)中，單片機(jī)3個I/O口外接3個按鍵，可以實(shí)現(xiàn)3個鍵盤的輸入，即3三個鍵，最多可完成8種任務(wù)。獨(dú)立式按鍵的接法是在單片機(jī)的I/O口上接一個按鍵，每個按鍵對應(yīng)單片機(jī)的一個輸入端口，按鍵的另一端接電源或者數(shù)字地?？傮w設(shè)計(jì)流程圖如圖51所示：圖 51 總體設(shè)計(jì)流程圖 顯示程序設(shè)計(jì)主程序中調(diào)用的顯示驅(qū)動程序流程圖如圖5圖53所示：起始地址設(shè)置堆棧指針設(shè)置初始化MSCG19264顯示程序調(diào)用圖 52 顯示驅(qū)動程序流程圖圖 53 顯示子程序流程圖 鍵盤程序設(shè)計(jì)在使用單片機(jī)對鍵盤處理時，必須消除鍵盤抖動的影響。本章介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，簡要介紹了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的平臺及語言，給出了系統(tǒng)程序框圖，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)總體流程圖，顯示模塊的程序流程圖，鍵盤程序流程圖以及RS232接口程序流程圖，對系統(tǒng)工作原理和路徑有了更進(jìn)一步的認(rèn)識。由于時間和個人能力有限，對該系統(tǒng)的適用性僅提供了簡單的實(shí)時性測試，軟件部分比較匱乏。懇請閱讀此篇論文的老師、同學(xué)，多予指正，不勝感激！參考文獻(xiàn)1 李全利，仲偉峰，：1372 沈欽熙，5(2)：22~243 ，9(2)：44~474 孫向東,，21(2)：7~95 ，2001(2)：46~486 Richard Barnett，Larry，Sarah Cox，：28~507 李朝清，單片機(jī)原理及串行外設(shè)接口技術(shù)，北京航天航空大學(xué)出版社，：92~988 張智霞，楊永恒，(2):419 ，科學(xué)出版社，：5410 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The traditional analog vortex flow meter has benefits of steady signal, high accuracy and good real time in the regular flow range, while it also has a disadvantage of weak signal difficult to detect at low flow rate, which leads to unsatisfying lower limit and a smaller range ratio of 10:1.Based on the previous efforts a pulse output model digital vortex flow meter is developed successfully, which inherits the advantages of