【正文】 ............................................. 8 水管兩點(diǎn)布局分布 ............................................... 8 連桿推動(dòng)方案 .................................................. 10 杠桿推動(dòng)方案 .................................................. 11 氣缸擺動(dòng)推動(dòng)方案 .............................................. 13 間隙法氣缸直接推動(dòng)方案 ........................................ 14 氣缸固定方案的確定 ................................................. 15 在計(jì)量桶外固定氣缸方案 ........................................ 15 在計(jì)量桶上固定氣缸方案 ........................................ 15 機(jī)械部份的計(jì)算與設(shè)計(jì)選型 ........................................... 16 水管移動(dòng)速度與所需力的計(jì)算 .................................... 16 氣缸的選型 .................................................... 17 氣缸連接件的設(shè)計(jì) .............................................. 17 螺 栓強(qiáng)度校核 .................................................. 18 第 4章 換向機(jī)構(gòu)電路控制部分設(shè)計(jì) ............................................ 19 控制方案 ........................................................... 19 電子元件的選擇 ..................................................... 19 選用 .................................................. 19 IV 電磁閥的 選用 .................................................. 20 繼電器 的選用 .................................................. 21 光電耦合器 的 選用 .............................................. 21 穩(wěn)壓器 的 選用 .................................................. 21 換向機(jī)構(gòu) 電路設(shè)計(jì)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(jì)編寫及調(diào)試與實(shí)驗(yàn) ........................................... 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(yàn) ........................................... 28 程序 調(diào)試 ................................................ 28 容積比對(duì) 實(shí)驗(yàn) ............................................ 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(yàn)數(shù)據(jù) ........................................... 33 附錄二：控制程序 ........................................................... 40 附錄三：容積比對(duì)式實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) ................................................. 42 附錄 四 ： 實(shí)物照片 ........................................................... 45 利用電磁流量計(jì)的容積比對(duì)式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(duì)于合理的使用水資源愈加 重視。 利用 電磁流量計(jì)容積比對(duì)式的水表檢定系統(tǒng) ，是建立 在機(jī)械 技術(shù)、單片機(jī) 技術(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)和接口技術(shù)等基礎(chǔ)上 的 綜合 技術(shù) 。隨著時(shí)代不斷進(jìn)步，采用 非接觸或無(wú)磨損 流量計(jì) 替代標(biāo)準(zhǔn)水表 作為“母表”， 已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，建立一個(gè)以 非接觸或無(wú)磨損 流量計(jì)為 “母表” 的水表檢定 系統(tǒng) 能夠很好的解決 機(jī)芯 機(jī)械磨損 帶來檢定 精度 不足的問題 。電控部分包括單片機(jī) 和 傳感 器等硬件的選擇，換向機(jī)構(gòu) 電路 部分 的設(shè)計(jì) 和 軟件設(shè)計(jì)。 研究背景 某 水表公司現(xiàn)在的檢定水表 方法 有單個(gè)水表檢定法， 每一臺(tái)水表均在大流量 Q3，分界流量 Q2，和小流量 Q1這三個(gè)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 。若 “母 表” 存在一個(gè)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(dòng)時(shí)，則無(wú)法取得一個(gè)合理的值來進(jìn)行正負(fù)抵消，這 就無(wú)法進(jìn)行水表檢定。為了找出影響電磁流量計(jì)穩(wěn)定性的因素，需要進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，同時(shí)分析因素和提出解決方案。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析來發(fā)現(xiàn)其中存在的誤差、跳動(dòng)，通過不同的實(shí)驗(yàn)找出最佳測(cè)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。 利用電磁流量計(jì)的容積比對(duì)式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 5 各種 流量測(cè)量 實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù) 分析 各種 流 量 同一 裝夾 下 多次測(cè)量 實(shí)驗(yàn) 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(yàn)數(shù)據(jù)看出在誤差和跳動(dòng)上和 同一 裝夾 下 多次測(cè)量實(shí)驗(yàn)上相近，具體跳動(dòng)為電磁流量計(jì)跳動(dòng)為 ， 樣表一跳動(dòng)為 ， 樣表二 跳動(dòng)為 ， 樣表三 跳動(dòng)為 ， 樣表四 跳動(dòng)為 ， 樣表五 跳動(dòng)為 ， 樣表六 跳動(dòng)為 。 所以 “母表”的誤差影響不大， 而 “母表” 的誤差跳動(dòng) 較大 大將導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行 水表 檢定，所以需要 將 電磁流量計(jì)的誤差跳動(dòng)要控制在 。氣缸 的動(dòng)作受 單片機(jī)控制，在 不同的需要時(shí)完成不同動(dòng)作， 帶動(dòng)換向機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)水管的兩點(diǎn)移動(dòng) ，設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)控制繼電器得 電和 失電 ，繼電器連接電磁閥，達(dá)到控制電磁閥 的得電和失電，從而控制 氣 缸 動(dòng)作 。在 布局分布 的過程 中考慮到水管入水口距離計(jì)量桶的上沿壁有 40mm 的距離，水在進(jìn)入到計(jì)量桶的過程中有發(fā)散性，為保證水流入到計(jì)量桶或直接進(jìn)入水池的過程中水不會(huì)流到計(jì)量桶的上沿壁上，同時(shí)又要考慮在實(shí)驗(yàn)過程中入水口不能離計(jì)量桶的內(nèi)外壁太遠(yuǎn)而造成在水管移動(dòng)過程中的誤差，所以要保證水管的外壁距離計(jì)量桶的內(nèi)壁或者外壁有一個(gè) 8— 10mm 的距離，在移動(dòng)中水一直在流 出 ，為了減少水管移動(dòng)中的帶來的誤差，兩個(gè)位置要保證距離內(nèi)外壁的距離是相等的， 圖示采用以水管入水口 的運(yùn)動(dòng)軌跡與計(jì)量桶內(nèi)壁邊和外壁邊的交點(diǎn)做圓弧，圓弧的半徑為 23mm，在以該圓弧與水管入 水口 運(yùn)動(dòng)軌跡交點(diǎn)為水管入水口的位置，水管外徑為 26mm,即半徑為 13mm,這樣就可以保證 8— 10mm 的距離，而不會(huì)使水流到計(jì)量桶巖壁上。 如圖 33所示，在 布局分布 方案中分析到，在 布局分布 第一方案 的一側(cè)還有許多其他口徑的水管，空間不足，無(wú)法安裝下整個(gè)連桿推動(dòng)機(jī)構(gòu)，故該連桿機(jī)構(gòu)只能在 布局分布 第二 方案 一 側(cè)。該方案較連桿法簡(jiǎn)便。 圖 36 轉(zhuǎn)動(dòng)副 二連接 圖 水管外表面為圓表面， 無(wú)法直接和連接轉(zhuǎn)動(dòng)副， 采用一個(gè)水管連接件來連接 轉(zhuǎn)動(dòng)副 。 圖 37 間隙法氣缸直接推動(dòng)方案圖 采用間隙法氣缸直接推動(dòng)方案機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，在機(jī)構(gòu)上只需要設(shè)計(jì)一個(gè)氣缸連接件，氣缸連接件上與水 管連接的空留有間隙，保證氣缸能正常動(dòng)作，不被卡死。 在 計(jì)量桶上固定 氣缸 方案 將 氣缸 直接固定在計(jì)量桶上，這個(gè)方案 簡(jiǎn)單 ，不會(huì)出現(xiàn)懸臂情況。 水管的體積計(jì)算公式為： ? ? 322 mmLrRV ??? ??管 （ 31） 水管的質(zhì)量計(jì)算公式為： kgVM ?? 管管管 ? （ 32） 管道 內(nèi)水的質(zhì)量計(jì)算公式為： kgLrM ?? ?? 水水 （ 33） 總質(zhì)量計(jì)算公式為： kgMMM ??? 水管總 （ 34） 實(shí)驗(yàn)測(cè)試的水流量為 ，實(shí)驗(yàn)的總水量為 100L,每秒的流量為 ，在水管的移動(dòng)過程中由于水管距離計(jì)量桶內(nèi)外壁的距離是相同的，在給按鍵信號(hào)讓水管進(jìn)入到計(jì)量桶上方是，水管會(huì)在計(jì)量桶外流掉一部份水，在電磁流量計(jì)達(dá)到預(yù)設(shè)流量時(shí)氣缸動(dòng)作將水管推到計(jì)量桶外的過程中，有一部分水會(huì)流到桶內(nèi)。 氣缸連接件的設(shè)計(jì) 氣缸換向機(jī)構(gòu)采用的是間隙法 氣缸直接推動(dòng) 方案，所需要的推動(dòng)機(jī)構(gòu)為氣缸連接件，如圖 39所示 。在控制電磁閥動(dòng)作從而帶動(dòng) 氣 缸和連桿動(dòng)作過程中，單片機(jī)能夠快速的采集信號(hào)并發(fā)送信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)高度的智能化 和達(dá)到 高精度 [910]。 P3 口是由用戶定義的 2 位 I/O口，其設(shè)置和 P0、 P1 是相同的。 圖 42 電磁閥原理圖 繼電器的選用 設(shè)計(jì)方案通過控制電磁 閥的得電或失電 來實(shí)現(xiàn)氣缸的動(dòng)作，需要在特定的要求下實(shí)現(xiàn)電磁閥得電或失電，當(dāng) 按鍵 控制開 關(guān)按下，電磁閥得電，在脈沖數(shù)達(dá)到要求時(shí)控制電磁閥失電，這中間控制使用到繼電器。其能夠提供穩(wěn)定的 5V電壓輸出，在實(shí)際 安裝中因?yàn)樵摲€(wěn)壓器容易產(chǎn)生大量的熱量，需要安裝一個(gè)足夠大的散熱器。 利用電磁流量計(jì)的容積比對(duì)式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 23 P 0 . 5P 2 . 3R 1 01 0 KR 82 2 0P 3T L P 5 2 1 1V D DD D VV D DR 93 9 0R 91 K9 0 1 3Q 3D 1I N 4 0 0 7K 1R 1 1 R 1 41 KR 1 21 KR 1 32 0 09 4 0 12 0 VD C 2 4 V電 磁 閥 圖 44 繼電器控制電路圖 脈沖采集電路 脈沖采 集電路連接 口，如圖 45 所示。 2 1 P 5B A T 1++ + +++ 1 5 VGNDV i nV o u tV i nV i nGND V o u tV o u tC30470uF/35VC33470uF/35VC36470uF/35VC20470uF/10VC23470uF/10V1 3132 3+ 5 VV D