【正文】 ，水流控制在 ，測(cè)量中發(fā)現(xiàn)電磁流量計(jì)的流 量在撥動(dòng)，撥動(dòng)范圍為正負(fù) ，有時(shí)甚至更大，穩(wěn)定性還是不好，這可以排除開關(guān)閥門帶來的影響。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 28 鍵 盤 模 式 寄 存 器 置 1電 磁 流 量 計(jì) 脈 沖 采 集鍵 盤 模 式 寄 存 器 清 01脈 沖 采 集 中 斷 ？脈 沖 端 口 P 0 . 2 電 平 判 斷 ？ YN高低中 斷 返 回 圖 49 脈沖采集中斷程序流程框圖 模擬程序的編寫 根據(jù)流程框圖編寫匯編程序， 控制程序見附錄 2 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 29 程序 調(diào)試與 容積比對(duì) 實(shí)驗(yàn) 程序 調(diào)試 在將機(jī)械部分安裝 好之后，電路圖接好，需要進(jìn)行程序的調(diào)試。該中斷結(jié)束后進(jìn)入到脈沖采集中斷服務(wù)程序。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 26 按 鍵 端 口 P 0 . 5 電 平 判 斷 ？鍵 盤 模 式 寄 存 器 置 0鍵 盤 模 式 寄 存 器 置 1取 反 電 磁 閥 控 制 端 口 ， 電 磁 閥 得 電脈 沖 采 集 標(biāo) 志 置 1按 鍵 中 斷 ？高低YN1中 斷 程 序 入 口中 斷 返 回 圖 48 按鍵中斷 程序 流程框圖 鍵盤控制寄存器（ KBCON）用于定義比較模式，在鍵盤控制寄存器（ KBCON）上有一位利用電磁流量計(jì)的容積比對(duì)式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 27 為 PATN_SEL 設(shè)置，如果 PATN_SEL 設(shè)置為 1，則 P0 的狀態(tài)必須與鍵盤模式寄存器（ KBPATN）所設(shè)置的狀態(tài)相等才能產(chǎn)生中斷。當(dāng)按鍵開關(guān)按下時(shí)，采集標(biāo)志置 1，程序脈沖開始采集，當(dāng)脈沖采集達(dá) 到設(shè)定值時(shí)，程序控制 置 1，控制繼電器失電、從而控制電磁閥失電。由 口連接繼電器，中間連接一個(gè)光電耦合器 TLP5211，在不工作狀態(tài)下， 為高電平 1 狀態(tài)，由于正向電流沒有導(dǎo)通，則光電耦合器 TLP5211 處于關(guān)閉狀態(tài)，繼電器處于失電狀態(tài)。 穩(wěn)壓器件 的 選用 在為 P89LPC9401單片機(jī)提供電壓時(shí)，因?yàn)榭紤]到該單片機(jī)需要的電壓為 ，所以需要進(jìn)行降壓和穩(wěn)壓處理，在電源控制電路中采用到 三端穩(wěn)壓器 785三端穩(wěn)壓器780穩(wěn)壓器 HT7533。在電磁閥得電時(shí)，氣體從電磁閥 P口進(jìn)入 ，從一個(gè)口出來進(jìn)入到氣缸，實(shí)現(xiàn)氣缸的收縮，氣缸另外一邊的氣體從一個(gè)口進(jìn)入到電磁閥，流入到空氣中，當(dāng)電磁閥失電時(shí)，該氣體進(jìn)出正好相反。其引腳配置如圖 41所示。 由 參考文 獻(xiàn) [11， 533]可 知 ： （ 38） 由參考文獻(xiàn) [11]表 58 可以查到螺栓的屈服極限為 MPas 240?? ，由 參考文獻(xiàn) [11]表510 查的 材料的 安全系數(shù) S 為 到 之間，取 S=，可以求出螺栓的需用應(yīng)力M P aSss 1 6 0][ ?? ?? ，由式 （ 38） 可得： （ 39） 求得的 螺栓能承受的 最大 剪切 力 4523N 可知，在這個(gè)推動(dòng)過程中氣缸推動(dòng)力小于4523N，則螺栓滿足要求，根據(jù)氣缸選擇的推動(dòng)力可知螺栓滿足要求?？晒┻x擇的氣缸類型有許多種，在亞德客 氣缸的類 中有標(biāo)準(zhǔn)氣缸、迷你氣缸、 緊湊型氣缸、超薄氣缸等等。圖示水管位置二下方為水池，銜接管的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單；在安裝中需要保證氣缸垂直于杠桿在水管轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)和水管兩個(gè)入水口連線的中心點(diǎn)的連線，這就在安裝時(shí)候需要把水管位置擺在，氣缸活塞桿伸出到一半的位置，增加的安裝的難度。間隙法氣缸直接推動(dòng)方案機(jī)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，加工容易，能夠滿足設(shè)計(jì)要求，故采用間隙法氣缸直接推動(dòng)水管方案。從機(jī)臺(tái)保護(hù)，加工精度，經(jīng)濟(jì)等各方面綜合考慮出發(fā)，該方案不是很適合。 氣缸擺動(dòng)推動(dòng) 方案 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 13 氣缸擺動(dòng)推動(dòng) 方案 采用的是兩個(gè) 轉(zhuǎn)動(dòng)副 來 實(shí)現(xiàn)將 氣缸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樗艿膱A弧運(yùn)動(dòng)的，在氣缸做伸縮動(dòng)作時(shí)，氣缸 依靠 第一 轉(zhuǎn)動(dòng)副 做小幅度的擺 動(dòng)，如圖 35所示。 處于對(duì)該設(shè)計(jì)的基本要求，用于做實(shí)驗(yàn)，要滿足加工簡(jiǎn)便，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度要求不高，以及經(jīng)濟(jì)效益考慮所以該方案不是很合適。 連桿推動(dòng)方案 水管入水口的兩點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡 是一個(gè) 圓弧，而氣缸的活塞桿運(yùn)動(dòng)軌跡為直線，采用連桿機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn) 由直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)閳A弧運(yùn)動(dòng) [5]。液壓執(zhí)行元件 主要有 油缸 、 馬達(dá) 等 ，液壓執(zhí)行元件運(yùn) 動(dòng) 平穩(wěn)，可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速， 能夠傳遞較大的動(dòng)力 ，但是需要 一個(gè)完整 的供油系統(tǒng)， 還會(huì)出現(xiàn)泄漏 ，液壓元件 對(duì) 精度要求 很 高，價(jià)格貴。 針對(duì)上述可能的存在的影響因素 公司提出了一些解決方案 ： （ 1） 對(duì)于水流的不穩(wěn)定和開關(guān)的影響，因?yàn)樵跈z定系統(tǒng)中，采用的反射式脈沖采集來做比對(duì)，所取的水流段是在開關(guān)開啟后水流穩(wěn)定是的水流段，同時(shí)針對(duì)這個(gè)影響公司還正在做容積比對(duì)式水表檢定系統(tǒng)和稱重式水表檢定系統(tǒng) 。 表 22 各種流量 重新裝夾下 測(cè)量 值 跳動(dòng)表 型號(hào) 流量 電磁流量計(jì) 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 小流量 大流量 多工位測(cè)量 從表 23大流量多工位測(cè)量跳動(dòng)表可以看出，電磁流量計(jì)的跳動(dòng)比較小，控制在 以內(nèi)，各個(gè)型號(hào)的水表的跳動(dòng)也比較小。電磁流量計(jì)跳動(dòng)為 6，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 。 實(shí)驗(yàn) 分為三組，第一組實(shí)驗(yàn)， 各樣表 在 一次 裝夾 后 ， 大流量 連續(xù) 測(cè)量 30 次， 分界 流量和小流量各測(cè)量 5 次。 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 3 第 2 章 穩(wěn)定性與 流量 關(guān)系 實(shí)驗(yàn) 電磁流量計(jì)簡(jiǎn)介 電磁流量計(jì)的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律 ， 在電磁流量計(jì) 內(nèi)部有一個(gè)磁場(chǎng)，水流 經(jīng)過磁場(chǎng)與磁場(chǎng)方向垂直，做切割 磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)， 磁場(chǎng)的兩端將 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) ， 感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì)的大小與 水流 運(yùn)動(dòng)速度 及磁場(chǎng) 強(qiáng)度大小成正比 [2]。 主要研究?jī)?nèi) 容 利用電磁流量計(jì)的容積比對(duì)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(dòng)模塊、 P89LPC9401 單片機(jī)控制系統(tǒng)等模塊組成。 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。 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(gè)準(zhǔn)確的計(jì)量器來計(jì)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(jì)量 非常 重要。 采用 LPC9401 單片機(jī)控制電磁閥得 電和 失電 來 控制氣缸的伸縮。 檢定 系統(tǒng)中“母表” 在使用一段時(shí)間后 機(jī)芯容易 出現(xiàn)機(jī)械磨損， 影響檢定精度。機(jī)械部分包括氣缸推動(dòng)水管部分 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和氣缸固定部分 機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)。 檢定 方法 使用 容積法，即水流經(jīng)管道，通過水表進(jìn)入 計(jì)量桶 ，水位靜止后，比較水表計(jì)量器（電磁流量計(jì)）與 計(jì)量桶 中的 讀數(shù)，求出示值誤 差 [1]。 在水表的檢定系統(tǒng)中， “母表” 穩(wěn)定性顯得尤為 重要 。 第二章：主要對(duì)電磁流量計(jì)做一個(gè)簡(jiǎn)介，同時(shí) 進(jìn)行 流量與電磁流量計(jì)穩(wěn)定性 關(guān)系 實(shí)驗(yàn)，及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 轉(zhuǎn) 換 器UVDB 圖 21 電磁流量計(jì)原理圖 圖 22 電磁流量計(jì)接線圖 穩(wěn)定性 與 流量 關(guān)系 實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù) 分析 為研究 電磁流量計(jì)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(yàn)。測(cè)量 5次 后 進(jìn)行 一次輪換，直到每個(gè) 樣表 表在每個(gè)工位下都測(cè)量 5 次 。 表 21 各種 流量同一 裝夾 下 多次測(cè)量 值 跳動(dòng) 表 型號(hào) 流量 電磁流量計(jì) 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(cè)量 本 重新裝夾下測(cè)量 指每完成一次實(shí)驗(yàn)將各個(gè)水表拆下在裝上， 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。 表 23 大流量多工位測(cè)量 值 跳動(dòng)表 型號(hào) 流量 電磁流量計(jì) 樣表一 樣表二 樣表三 樣表四 樣表五 樣表六 第一工位 第二工位 第三工位 第四工位 第五工位 第六工位 影響因素的分析 對(duì)于多水表檢定平臺(tái)采用的以 “ 母表” 為基準(zhǔn)，測(cè)出被測(cè)水表的誤差從而進(jìn)行修正，比如當(dāng) “母表” 有一個(gè) 較 固定的誤差時(shí)，可以采用抵消法來調(diào)整被測(cè)水表。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 第 3 章 換向機(jī)構(gòu) 機(jī)械 部分 設(shè)計(jì) 換向機(jī)構(gòu) 簡(jiǎn)介 換向機(jī)構(gòu)是整個(gè) 利用電磁流量計(jì)的容積比對(duì)式水表檢定系統(tǒng)的 基礎(chǔ) 機(jī)械 部分，用于實(shí)現(xiàn)將氣缸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為水管的圓周運(yùn)動(dòng) ，設(shè)計(jì)中采用間隙法 來 實(shí)現(xiàn)直接推動(dòng) 。 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 9 圖 31 水管 布局分 布圖 從 圖 31可以看出 ，水管做圓周運(yùn)動(dòng)，在計(jì)量桶上方以水管原有位置為中心，水管的布局分布 方案有兩種，在計(jì)量桶兩側(cè) 布局分布 。氣缸 利用活塞桿 的 伸縮帶動(dòng)滑塊做直線運(yùn)動(dòng)，滑塊 帶動(dòng) 連桿 動(dòng)作，從而帶動(dòng) 水管做圓弧運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為圓弧運(yùn)動(dòng)。如圖 34所示 ， 氣缸 推動(dòng)杠桿的一端，中間采用 轉(zhuǎn)動(dòng)副 ，另一端與水管連接，杠桿長(zhǎng)度取 400mm，靠近水管一側(cè)為 200mm。 轉(zhuǎn)動(dòng)副 二的 連接設(shè)計(jì) 如圖 36所示。如圖 37 所示 。但是采用這個(gè)方案 如果 從計(jì)量桶上伸出一個(gè)懸臂梁來固定氣缸，則懸臂梁需要一個(gè)支撐，才能解決懸臂梁彎曲的問題；若直接做一個(gè)從地面上架起的架子，則高度非常高，浪費(fèi)材料，增加加工和安裝的難度；另外當(dāng)水流不進(jìn)入計(jì)量桶時(shí)候，水流的下方不是水池，則銜接水管的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜 。 水的密度為 1g/cm3，鋼 密度為 。 該氣缸的活塞采用兩個(gè) Y 型的單向密封，使用壽命長(zhǎng)，氣缸調(diào)節(jié)平穩(wěn)， 推動(dòng)力滿足計(jì)算要求， 活塞桿螺紋為 行程為 75mm。采用單片機(jī) 來控制一個(gè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn) 系統(tǒng)快速性，準(zhǔn)確性。 P2口是由用戶定義的 5 位 I/O 口，其設(shè)置和 P0、 P1 是相同的。 如圖所示，該系列電磁閥共有 5個(gè)口，其中 P 口為進(jìn)氣口， A、 B 口為工作口，在設(shè)計(jì)控制過程中，當(dāng)電磁閥得電收縮時(shí)，氣體從 P 口進(jìn)入電磁閥，在經(jīng)過 A口進(jìn)入氣缸，氣缸另外一腔的氣體從 B 口到電磁閥在從 S 口到大氣中，實(shí)現(xiàn)氣缸動(dòng)作；在電磁閥失電時(shí)，氣缸伸長(zhǎng)，氣體從 P口進(jìn)入電磁閥，在經(jīng)過 B 口進(jìn)入氣缸，氣缸另外一腔的氣體從 A口到電利用電磁流量計(jì)的容積比對(duì)式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 21 磁閥在從 R 口到大氣中，實(shí)現(xiàn)氣缸動(dòng)作。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 圖 43 78 系列三端穩(wěn)壓器引腳圖 三端穩(wěn)壓器 7805 只有三個(gè)輸出引腳，輸出、輸入、接地。 耦合器 TLP5211正向電流要求控制在 16mA 以內(nèi)，電路設(shè)計(jì)為 220R電阻，電壓為 3V，當(dāng) 置 0 時(shí)，流過的最大電流為 15mA，在耦合器 TLP5211 上有壓降，故電流應(yīng)小于15mA，滿足要求；耦合器 TLP5211 集電極電流要求為 10mA內(nèi)，電路中流過的電流最大為 mA，滿足要求；在晶體管處，導(dǎo)通電流為 4mA，滿足要求；繼電器為 5V繼電器，采用20V 電源，接入 410R 電阻，實(shí)測(cè)繼電器兩端的電壓為 ，滿足要求。 如圖 46 所示， 圖上 P5 為電源接線端子，在公司現(xiàn)在 采用的電源福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 為 24V，通過三端穩(wěn)壓管 7815 處理輸出 15V 電壓， 15V 電壓經(jīng)過 三端穩(wěn)壓管 7805 處理輸出 5V 電壓，在通過 HT7533 輸出 3V 電壓提供給單片機(jī)。程序設(shè)計(jì)為鍵盤控制寄存器（ KBCON）的 PATN_SEL位為 0，即需要 P0的狀 態(tài)必須與鍵盤模式寄存器（ KBPATN）所設(shè)置的狀態(tài)不相等才能產(chǎn)生中斷。電磁流量計(jì)在水流過時(shí)不斷的產(chǎn)生脈沖，所以中斷觸發(fā)不斷的產(chǎn)生，但是只有當(dāng)脈沖采集標(biāo)志置 1 時(shí)才開始進(jìn)行計(jì)數(shù)。 在機(jī)臺(tái)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)單片機(jī)上的 三端穩(wěn)壓器 7805 發(fā)熱嚴(yán)重，并且會(huì)出現(xiàn)采集脈沖有時(shí)會(huì)采集不到 而 無法實(shí)現(xiàn)控制。第二組是閥門在 m3/h 到 m3/h之間撥動(dòng)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù) 比較 m3/h 時(shí)測(cè)量的數(shù)