【文章內(nèi)容簡介】 （論文） 第 10 頁 共 35 頁 渦輪流量計 , 是速度式流量計中的主要種類 , 它采用多葉片的轉(zhuǎn) 子 (渦輪 ) 感受流體平均流速 , 從而推導出流量或總量的儀表。一般它由傳感器和顯示儀兩部分組成 , 也可做成整體式。渦輪流量計和容積式流量計、科里奧利質(zhì)量流量計稱為流量計中三類重復性、精度最佳的產(chǎn)品 , 作為十大類型流量計之一 , 其產(chǎn)品己發(fā)展為多品種、多系列批量生產(chǎn)的規(guī)模。 渦街流量計 ， 是在流體中安放一根非流線型游渦發(fā)生體 , 流體在發(fā)生體兩側(cè)交替地分離釋放出兩串規(guī)則地交錯排列的游渦的儀表。渦街流量計按頻率檢出方式可分為 : 應力式、應變式、電容式、熱敏式、振動體式、光電式及超聲式等。渦街流量計是屬于最年輕的一類流量 計 , 但其發(fā)展迅速 , 目前成為通用的一類流量計。 電磁流量計 ， 是根據(jù)法拉弟電磁感應定律制成的一種測量導電性液體的儀表。電磁流量計有一系列優(yōu)良特性 , 可以解決其它流量計不易應用的問題 , 如臟污流、腐蝕流的測量。 70、 80 年代電磁流量在技術(shù)上有重大突破 , 使它成為應用廣泛的一類流量計 , 在流量儀表中其使用量百分數(shù)不斷上升。 差壓式流量計 ， 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算流量的儀表。 浮子流量計 ， 又稱轉(zhuǎn)予流量計 , 是變面積式流量計的一種 , 在一根由下向上擴大的垂直錐管中 , 圓形橫截面的浮子的重力是 , 由液體動力承受的 , 從而使浮子可在錐管內(nèi)自由地上升和下降。 容積式流量計 ， 又稱定排量流量計 , 簡稱 PD 流量計 , 在流量儀表中是精度最高的一類。它利用機械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分 , 根據(jù)測量室逐次重復地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流體體積總量。容積式流量計按其測量元件分類 , 可分為橢圓齒輪流量計、刮板流量計、雙轉(zhuǎn)子流量計、旋轉(zhuǎn)活塞流量計、往復活塞流量計、圓盤流量計、液封轉(zhuǎn)筒式流量計、濕式氣量計及膜式氣量計等。 超聲流量計 ， 是通過檢測 流體流動對超聲束 ( 或超聲脈沖 ) 的作用以測量流量的儀表。超聲流量計和電磁流量計一樣 , 因儀表流通通道未設置任何阻礙件 , 均屬無阻礙流量計 , 是適于解決流量測量困難問題的一類流量計 , 特別在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點 , 近年來它是發(fā)展迅速的一類流量計之一。 （ 2） 渦輪流量計的結(jié)構(gòu)與原理 渦輪流量計：氣體渦輪流量計是一種速度式流量計，如圖 21所示。它是由渦輪、蘇州市職 業(yè)大學機電工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 11 頁 共 35 頁 軸承、前置放大器、顯示儀表組成；被測流體沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪的轉(zhuǎn)速隨流量的變化而變化，即流量大，渦輪的轉(zhuǎn)速也大，再經(jīng)磁電轉(zhuǎn)換裝置把渦輪 的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應頻率的電脈沖，經(jīng)前置放大器放大后，送入顯示儀表進行計數(shù)和顯示，根據(jù)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)和累計脈沖數(shù)即可求出瞬時流量和累積流量。渦輪變送器的工作原理是當流體沿著管道的軸線方向流動，并沖擊渦輪葉片時，便有 kQ = f ，其中： Q 是流經(jīng)變送器的流量 （ L/s）； f 是電脈沖頻率（ Hz）； k 是儀表系數(shù)（次 /升）。管道內(nèi)流體的力作用在葉片上，推動渦輪旋轉(zhuǎn)。在渦輪旋轉(zhuǎn)的同時，葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線，改變線圈的磁通量。根據(jù)電磁感應原理，在線圈內(nèi)將感應出脈動的電勢信號，此脈動信號的頻率與被測流體 的流量成正比， k 是渦輪變送器的重要特性參數(shù)，它是代表每立方米流量有幾個脈沖，或者每升流量有幾個脈沖，不同的儀表有不同的 k。渦輪變送器輸出的脈沖信號，經(jīng)前置放大器放大后，送入顯示儀表，就可以實現(xiàn)流量的測量。根據(jù)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)和累積脈沖數(shù)即可求出瞬時流量和累積流量。 圖 26 渦輪流量傳感器結(jié)構(gòu)圖 （ 3）渦輪流量計的特點 在各種流量計中渦輪流量計、容積式流量計是可以得到最佳重復性的少數(shù)儀表。二者相比，渦輪流量計又具有自己的特點，如結(jié)構(gòu)簡單、加工零部件少、質(zhì)量輕、維修方便、成本低的特點。渦輪流量計還具有 測量準確度高、測量范圍廣、壓力損失小、惰性小、溫度范圍廣及數(shù)字信號輸出等優(yōu)點。像這樣的技術(shù)參數(shù)其他流量計則是難以達到的。因此渦輪流量計在工業(yè)上應用最廣泛，發(fā)展最迅速。除了在石油、化工、電力工業(yè)中用來測量水、油品、燃氣等管流流量及食品工業(yè)中測量牛奶、酒類等流量外，由于其兼有測量準確度高和重復性好的特點，故還可以作為校驗其它流量計的標準表。渦輪流量計雖有很多優(yōu)點，但由于渦輪必須與流體接觸并轉(zhuǎn)動，因此對被測流體蘇州市職 業(yè)大學機電工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 12 頁 共 35 頁 的潔凈度要求高。流體的溫度、粘度、密度對儀表指示值也有較大影響。而且由于有轉(zhuǎn)動部件，會帶來軸承的磨損，使 儀表的使用年限受到影響。因此，必須注意根據(jù)被測流體的具體情況恰當?shù)倪x擇變送器型式及其附屬設備，如附加適當?shù)倪^濾器等保護設備。應該指出，隨著新材料、新工藝的發(fā)展，儀表轉(zhuǎn)動部分的耐磨性、變送器的維修性能和壽命正在不斷提高；隨著對渦輪流量計粘度修正問題研究的不斷深入以及測量線路的完善和微的應用，渦輪流量計可以方便和準確得進行各種參數(shù)的修正，顯示儀表的性能也將更臻完善目前生產(chǎn)的雙渦輪流量計，由于變送器內(nèi)串聯(lián)兩個渦輪，可以互相校核，從而提高了儀表使用的可靠性，受到好評?？梢灶A言，隨著渦輪流量計結(jié)構(gòu)和性能的不斷完善，以 及高性價比，它將在各個領域中越來越廣泛的得到應用，在流量測量和標準傳遞中發(fā)揮更大作用。 （ 4）傳感器設計及信號采集 流量信號通過渦輪流量傳感器采集，本設計應用霍爾效應設計傳感器。 當一塊通有電流的金屬或半導薄片垂直的放在磁場中時，薄片的兩端就會產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢 U，其表達式為U=(KIB)/d 其中 K 為霍爾系數(shù)， I 為薄片中通過的電流， B 為外加磁場的磁感應強度， d 是薄片的厚度。由此可見，霍爾效應的靈敏度高低與外加磁場的磁感應強度成正比的關(guān)系。 圖 27 霍爾元件的基本電路 根據(jù)霍爾效應原理，如 圖 34 所示，將一塊永久磁鋼固定在轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)盤邊沿，轉(zhuǎn)盤隨側(cè)軸旋轉(zhuǎn)，磁鋼也將跟著同步旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)盤下方安裝一個霍爾器件，轉(zhuǎn)盤隨軸旋轉(zhuǎn)時，霍爾電路通電后，受磁鋼所產(chǎn)生的磁場的影響，磁體每經(jīng)過霍爾電路一蘇州市職 業(yè)大學機電工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 13 頁 共 35 頁 次，霍爾器件輸出脈沖信號，其頻率和轉(zhuǎn)速成正比。在轉(zhuǎn)軸上固定一個葉輪，用流體(氣體、液體 )去推動葉輪轉(zhuǎn)動，便可構(gòu)成流量傳感器。我們可確定流量的計算公式為： 累積流量： Q=KM=KD 其中， Q 為累積流量 (L)， K 為儀表常數(shù) (L/r)， M 為轉(zhuǎn)數(shù) (r)， D 為脈沖數(shù)。 瞬時流量： q=Km=Kf 其中， q 為瞬時流量 (L/s)， m為轉(zhuǎn)體角速度 (r/s)， f 為脈沖頻率 (Hz)。 圖 28 旋轉(zhuǎn)傳感器磁體設置 總體電路 單片機接口連接 1） LED 模塊中 A,B,C,D,E,F,G， DP依次連接到單片機的 ， ， ， ， ， ， 引腳上。 LED 上的 COM1， COM2， COM3， COM4 分別依次連接到單片機的 ， ， ， 引腳上。 2）報警電路的電阻端 R1接到單片機的 引腳上。 3)流量檢測電路的電阻端 R2 接到單片機的 引腳上。 蘇州市職 業(yè)大學機電工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 14 頁 共 35 頁 圖 29電路總圖 蘇州市職 業(yè)大學機電工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 15 頁 共 35 頁 3 軟件設計 軟件端口定義 1） LED 模塊中的端口 A,B,C,D,E,F,G， DP依次連接到單片機的 ， ， ， ， ， ， 引腳上。 LED 上的 COM1， COM2， COM3， COM4 分別依次連接到單片機的 ， ， ， 引腳上。 2）報警電路的端口接到單片機的 引腳上。 3)流量檢測電路的端口接到單片機的 引腳上。 軟件端口定義如下所示。 表 1 LED模塊端口定義 數(shù)碼管端口 單片機端口 A B C D E F G DP COM1 COM2 COM3 COM4 表 2 報警電路及流量檢測電路端口定義 端口 單片機端口 報警電路端口 流量檢測端口 程序流程 系統(tǒng)軟件設計是該設 計的核心，也是設計的重點和難點部分?？刂葡到y(tǒng)軟件設計的好壞直接影響到該控制系統(tǒng)的控制功能，因此，要想做好本設計，一個好的系統(tǒng)軟件是關(guān)鍵。本設計中采用 C語言編寫 STC12C5A60S2單片機程序， 該控制系統(tǒng)的程序主要分為主程序和各種中斷子程序。主程序完成系統(tǒng)的地址分配、系統(tǒng)初始化；各子程序完成相應的各功能。 蘇州市職 業(yè)大學機電工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 16 頁 共 35 頁 圖 31 程序結(jié)構(gòu)圖 主程序及流程圖 開 始初 始 化 賦 值數(shù) 據(jù) 采 集 與 A D 轉(zhuǎn) 換流 量 值 顯 示讀 取 數(shù) 據(jù) 與 設 定 值 比較 ， 是 否 超 出 范 圍調(diào) 用 報 警 系 統(tǒng)返 回YN 圖 32 主程序流程圖 部分代碼： main() { EA = 1。 //開總中斷 蘇州市職 業(yè)大學機電工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 17 頁 共 35 頁 EX0 = 1。 //開外部中斷 0 While(1) { AD_val()。 //信號采集， A/D