【文章內(nèi)容簡介】 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。 浮予流量計 , 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。浮予流量計是僅次于差壓式流量計應用范圍最寬廣的一類流量計 , 特別在小、微流量方面有舉足輕重的作用。 李四 ：基于單片機的流量檢測系統(tǒng)的設計 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。根據(jù)對信號檢測的原理超聲流量計可分為傳播速度差法 ( 直接時差法、時差法、相位差法和頻差法 ) 、波束偏移法、多普勒法、互相關法、空間濾法及噪聲法等。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。 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、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 21 渦輪流量傳感器結(jié)構(gòu)圖 某某 學畢業(yè)設計 （論文） 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。 李四 ：基于單片機的流量檢測系統(tǒng)的設計 第三章 系統(tǒng)工作原理 總體設計 由流量傳感器采集流量信息，然后經(jīng)過 AD 轉(zhuǎn)換器將連續(xù)的模擬信號離散化后傳給單片機。 單片機在系統(tǒng)軟件的控制作用下，對輸入的數(shù)據(jù)進行分析，向外部輸出控制信號，實現(xiàn) LED 顯示。 LED 數(shù)碼管顯示動態(tài)的流量，同時，若流量超過上下限范圍，報警電路產(chǎn)生聲光報警信號，提醒流量不在正常范圍內(nèi)，需采取相應控制。系統(tǒng)軟件主要包括主程序，顯示程序等供主程序調(diào)用的子程序。主程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的總體功能，子程序?qū)崿F(xiàn)相應的具體功能。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 31 所示。 圖 31 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 工作原理 被測流體流經(jīng)渦輪流量傳感器時，傳感器內(nèi)的葉輪借助于流體的動能而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，周期性的改變磁電感應轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的磁阻值，使通過線圈的磁通量周期性的發(fā)生變化而產(chǎn)生電脈沖信號。在一定的流量范圍下，葉輪轉(zhuǎn)速與流體流量成正比，即電脈沖數(shù)量與流量成正比。該脈沖信號經(jīng)放大器放大后送至二次儀表進行流量和總量的顯示或積算。 在測量范圍內(nèi)，傳感器輸出的脈沖總數(shù)與流過傳感器的體積總量成正比，其比值稱為儀表常數(shù)，以 K (次 /L)表示。每臺傳感器都經(jīng)過實際標定測得儀表常數(shù)值。當測出脈沖信號的頻率 f 除 以儀表常數(shù) K便可求得瞬進流量 q(L/s)。即 q=f/K。 流量傳感器采集到流量信息，通過變換器，轉(zhuǎn)化為電信號， AD轉(zhuǎn)換器將模擬電信號轉(zhuǎn)化為離散信號，傳給單片機。單片機將信號以數(shù)字形式在 LED數(shù)碼管上顯示。 元器件的選擇 單片機 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。這類單片機具有集成度高，性能價格比優(yōu)越的特點，在上業(yè) 某某 學畢業(yè)設計 （論文） 測量控制領域內(nèi)獲得極為廣泛的應用。 AT89C51屬于 MCS51系列單片機，在 MCS51系列中，各類單片機是相互兼容的，只是引腳功能略有差異。 T89C51采用 INTEL內(nèi)核技術(shù)，結(jié)合 ATMEL公司閃存技術(shù)制造，性能穩(wěn)定可靠，在程序不太復雜的情況下，無需擴展外部存儲器，因此，對于追求可靠性，追求體積輕巧靈便的產(chǎn)品而言，則顯得尤為重要。這也是在課題中采用此產(chǎn)品，而沒有采用 16位或準 16位單片視的一個主要原因。 AT89C51是一種帶 4K宇節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲器 (PEROM)的低功耗、高性能CMOS8位微控制器。由于將多功能 8位 CPU和閃速存儲器組合在單個 芯片中， AT她 L的 89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高而價廉的方案。 AT89C51有 4個引腳， 32個外部雙向輸入 /輸出 (I/O)端口，同時內(nèi)含 2個外中斷口， 3個 16位可編程定時計數(shù)器， 2個全雙工串行通信口， 2個讀寫口線。其引腳排列圖如圖32所示。 AT89C51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和 Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 圖 3 2 AT89C51 引腳圖 AT89C51 的 40 個引腳共分為端口線、電源線和控制線三類。 1．端口線（ 48=32 條） 8051 共有四個并行 I/O 端口，每個端口都有八條端口線，用于傳送數(shù)據(jù) /地址。由于每個端口的結(jié)構(gòu)各不相同，因此它們在功能和用途上的差別頗大。現(xiàn)對它們綜述如下： ① —：這組引腳共有八條，為 P0 口所專用，其中 為最高位， 為最低位。這八條引腳共有兩種不同的功能，分別使用于兩種不同的情況之下。第一種情況是AT89C51 不帶片外存儲器， P0口可以作為通用 I/O 口使用， — CPU 的輸入 /輸出數(shù) 據(jù)。這時，輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需要外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性。第二種情況是 AT89C51 帶片外存儲器， —在 CPU 訪問片外存儲器時先是用于傳送片外存儲器的低 8 位地址，然后傳送 CPU 對片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù) 。 李四 ：基于單片機的流量檢測系統(tǒng)的設計 ② —：這八條引腳和 P0口的八條引腳類似， ， 。當P1口作為通用 I/O 使用時， — 的功能和 P0 口的第一功能相同，也用于傳送用戶的輸入輸出數(shù)據(jù)。 ③ —：這組引腳的第一功能和上述兩組 引腳的第一功能相同，即它可以作為通用 I/O 使用。它的第二功能和 P0口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高8 位地址，共同選中片外存儲器單元，但并不能像 P0 口那樣還可以傳送存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。 ④ —：這組引腳的第一功能和其余三個端口的第一功能相同。第二功能作控制用，每個引腳并不完全相同，如 表 31 所示。 表 31 P3 口各位的第二功能 P3 口的位 第二功能 注釋 RXD TXD T0 T1 串行數(shù)據(jù)接收口 串行數(shù)據(jù)發(fā)送口 外中斷 0 輸入 外中斷 1 輸入 計數(shù)器 0 計數(shù)輸入 計數(shù)器 1 計數(shù)輸入 外部 RAM 寫選通信號 外部 RAM 讀選通信號 2．電源線（ 2 條） VCC 為 +5V 電源線， VSS 為接地線。 3．控制線（ 6 條） ① ALE/ ：地址鎖存允許 /編程線，配合 P0 口引腳的第二功能使用。在訪問片外存儲器時， 8051CPU 在 — 引腳線上輸出片外存儲器低 8 位地址的同時還在ALE/ 線上輸出一個高電位脈沖，用于把這個片外存儲器低 8 位地址鎖存到外部專用地址鎖存器。以便空出 —。在不訪問片外存儲器時， 8051 自動在 ALE/ 線上輸出頻率為 fOSC/6 的脈沖序列。該脈沖序列可用作外部時鐘電源或作為定時脈沖源使用。 對于 8751， ALE/ 線還具有第二功能。它可以在對 8751 片內(nèi) EPROM 編程 /校驗時 傳送 52ms 寬的負脈沖。 ② /VPP：允許訪問片外存儲器 /編程電源線，可以控制 8051 使用片內(nèi) ROM 還是使用片外 ROM。若 =1，則允許使用片內(nèi) ROM；若 =0，則允許使用片外 ROM。 對 8751， /VPP 用于在片內(nèi) EPROM 編程 /校驗時輸入 21V 編程電源。 某某 學畢業(yè)設計 （論文） ③ ：片外 ROM 選通線，在執(zhí)行訪問片外 ROM 的指令 MOVC 時， 8051 自動在 線上產(chǎn)生一個負脈沖，用于為片外 ROM 芯片的選通。其他情況下， 線均為高電平封鎖狀態(tài)。 ④ RST/VPD：復位 /備用電源線，可以時 8051 處 于復位（即初始化）工作狀態(tài)。通常， 8051 的復位有自動上電復位和人工按鈕復位兩種。 RST/VPD的第二功能是作為備用電源輸入端。當主電源 VCC 發(fā)生故障而降低到規(guī)定低電平時， RST/VPD線上的備用電源自動投入使用，以保證片內(nèi) RAM 中信息不丟失。 在單片機應用系統(tǒng)中，除單片機本身需要復位以外，外部擴展 I/O 接口電路等也需要復位，因此需要一個包括上電和按鈕復位在內(nèi)的系統(tǒng)同步復位電路。 ⑤ XTAL1 和 XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接 8051 片內(nèi) OSC 的定時反饋回 路。 石英晶振起振后要能在 XTAL2線上輸出一個 3V 左右的正弦波，以便使 MCS51 片內(nèi)的 OSC 電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通