【正文】 容積式流量計(jì) 容積式流量計(jì) ,又稱定排量流量計(jì) ,簡(jiǎn)稱 PD 流量計(jì) ,在流量?jī)x表中是精度最高的一類。 優(yōu) 點(diǎn) : (1)計(jì)量精度高 。 (3)可用于高粘度液體的測(cè)量 。 (5)直讀式儀表無(wú)需外部能源可直接獲得累計(jì) ,總量 ,清晰明了 ,操作簡(jiǎn)便。 (2)被測(cè)介質(zhì)種類、口徑、介質(zhì)工作狀態(tài)局限性較大 。 (4)大部分儀表只適用于潔凈單相流體 。 優(yōu)點(diǎn) : (1)高精度 ,在所有流量計(jì)中 ,屬于最精確的流量計(jì) 。 (3)元零點(diǎn)漂移 ,抗干擾能力好 。 缺點(diǎn) : (1)不能長(zhǎng)期保持校準(zhǔn)特性 。 電磁流量計(jì) 電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電性液體的儀表。 缺點(diǎn) ： (1)不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體 ， 如石油制品 ； (2)不能測(cè)量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體 ； (3)不能用于較高溫度。 優(yōu)點(diǎn) ： (1) 精度較高 ； (2)適用流體種類多 ； (3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固 ； (4)壓損小 ； 缺點(diǎn) ： (1)不適用于低雷諾數(shù)測(cè)量 ； (2) 儀表在脈動(dòng)流、多相流中尚缺乏應(yīng)用經(jīng)驗(yàn) ； (3)儀表系數(shù)較低 (與渦輪流量計(jì)相比 )； (4) 需較長(zhǎng)直管段。 缺點(diǎn)： (1)超聲波時(shí)差法只能用于清潔液體和氣體；而多普勒法只能用于測(cè)量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體； (2)多普勒法測(cè)量精度不高。典型應(yīng)用有工廠排放液、液化天然氣、烴液等； (2)氣體應(yīng)用方面在高壓天然氣領(lǐng)域已有使用良好的經(jīng)驗(yàn)； (3)多普勒法適用于異相含量不太高的雙相流體。 第二章 渦輪流量計(jì)的設(shè)計(jì)原理 渦輪流量計(jì)的基本工作原理 渦輪傳感器的工作原理是當(dāng)流體沿著管道的軸線方向流動(dòng)，并沖擊渦輪葉片時(shí)，便有與流量 Q流速 V 和流體密度 P 乘積成比例的力作用在葉片上，推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在線圈內(nèi)將感應(yīng)出脈動(dòng)的電勢(shì)信號(hào)，此脈動(dòng)信號(hào)的頻率與被測(cè)流體的流量成正比。然后 送入顯示儀表，就可以實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。不同的儀表有不同的 K，并隨儀表長(zhǎng)期使用的磨損情況而變化。 圖 21 流量傳感器 濾波與整形 數(shù)碼管顯示 驅(qū)動(dòng)電路 單片機(jī) 與上位機(jī)通信 看門(mén)狗電路 流量計(jì)結(jié)構(gòu) 渦輪流量傳感器主要由儀表殼體、導(dǎo)流器、葉輪、軸、軸承和信號(hào)檢測(cè)傳感器等組 成。殼體是傳感器的主體部分，它起到承受被測(cè)流體的壓力，固定安裝檢測(cè)部件，連接管道的作用，殼體內(nèi)裝有、導(dǎo)流器、葉輪、軸和軸承，殼體外壁裝信號(hào)檢測(cè)放大器。葉輪有直板葉片、螺旋葉片、和丁字形葉片等幾種，亦可用嵌有 許多導(dǎo)磁體的多孔護(hù)罩環(huán)來(lái)增加有一定數(shù)量葉片渦輪旋轉(zhuǎn)的頻率，葉輪由支架中軸承支承，與殼體同軸，其葉片數(shù)視口徑大小而定 .葉輪幾何形狀及尺寸對(duì)傳感器性能有較大影響，要根據(jù)流體性質(zhì)、流量范圍、使用要求等設(shè)計(jì)，葉輪的動(dòng)平衡 很重要，直接影響儀表的性能和使用壽命 . （ 3） 軸和軸承 通常選用不銹鋼（如 2Cr1 4Cr1 Cr17Ni2或 1Cr18Ni9Ti等）或硬質(zhì)合金制作它們組成一對(duì)運(yùn)動(dòng)副，支持和保證葉輪自由旋轉(zhuǎn)。它決定著傳感器的可靠性和使用期限。它的作用是把渦輪的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)輸出。一般線圈感應(yīng)得到的電信號(hào)較小，需配上前置放大器放大、整形輸出幅值較大的電脈沖信號(hào)，當(dāng)線圈輸出信號(hào)有效值在 lOmV以上的可直接配用計(jì)算機(jī)顯示控制流量。分別是 流量傳感變 送 模塊、主控 CPU 智能模塊、 LED 數(shù)碼管顯示模塊、上位機(jī)通信模塊 流量積算儀通過(guò)計(jì)量傳感器產(chǎn)生的脈沖數(shù)來(lái)測(cè)量流量大小。該系統(tǒng)以 AT89C51 單片機(jī)為核心，配合 外圍器件，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)采集，數(shù)據(jù)處理，現(xiàn)場(chǎng)顯示，按鍵設(shè)置的人機(jī)界面等功能 流量傳感變送模塊 渦輪流量?jī)x的關(guān)鍵 便是在于如何獲取 頻率量， 該模塊作為流量計(jì)頻率信號(hào)的檢測(cè)傳送單元，是流量計(jì)工作開(kāi)始的第一步， 該單元工作 對(duì)整個(gè)流量計(jì)的正常 工作 有著重要意義。按其機(jī)理轉(zhuǎn)速傳感器可以分為：磁電式轉(zhuǎn)速傳感器、電渦流式傳感器、光電式轉(zhuǎn)速傳感器、紅外式轉(zhuǎn)速傳感器、電容式轉(zhuǎn)速傳感器等 在此 我們選用 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器（ 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器 工作原理圖如下圖 31） 轉(zhuǎn) 軸 ?引 出 線集 成 霍 爾 元 件磁 塊轉(zhuǎn) 動(dòng) 部 件 圖 31 其工作原理是。霍爾效應(yīng)就是當(dāng)放在磁場(chǎng)中的半導(dǎo)體基片 (即霍爾元件 )有電流通過(guò)，且電流方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，半導(dǎo)體基片中電荷在洛侖茲力作用下向一側(cè)偏移，在垂直于電流與磁通的霍爾元件的橫向側(cè)面上即產(chǎn)生一個(gè)與電流和磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比的電壓，即霍爾電壓。 然后 頻率信號(hào) 通過(guò) 電容 C1 濾波，再送入單片機(jī) TO 端口 。 但是霍爾傳感器由于靈敏度較低，使其與齒輪要保持比較近的檢測(cè)距離。 AT89C51 單片機(jī) 本系統(tǒng)采用了 AT89C51 單片機(jī)作為核心 CPU AT89C51芯片 是 Atmel公司的產(chǎn)品， 是一種 低電壓，高性能 CMOS 8位微處理器 .。 與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。功能強(qiáng)大，能夠滿足各種控制領(lǐng)域，提供給許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合 。（其引腳圖如下圖 23） 圖 33 1 主要特性： 與 MCS51 兼容 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 128*8 位內(nèi)部 RAM 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 可編程串行通道 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 2 管腳說(shuō)明： VCC：供電電壓。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。 P0 能 夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門(mén)電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。 P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。當(dāng) P3 口寫(xiě)入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存 儲(chǔ)器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 3 AT89C51 芯片方框圖 圖 33 鍵盤(pán)液晶顯示部分 鍵盤(pán)模塊 系統(tǒng)的參數(shù)輸入需要通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)，鍵盤(pán)電路比較簡(jiǎn)單，本系統(tǒng)只需要四個(gè)按鍵，分別是數(shù)字加↑鍵、數(shù)字減↓鍵、設(shè)置鍵和確認(rèn)鍵。電路如圖 317 R 2 310KR 2 410KR 2 210K+ 3 .0 VS2 S3 S4R 2 510K S1設(shè)置 加 減 確定P2.7P2.6P2.5P2.4 圖 34 鍵盤(pán)電路圖 在一個(gè)鍵盤(pán)中使用了一個(gè)瞬時(shí)接觸開(kāi)關(guān)，單片機(jī)可以很容易的檢測(cè)到閉合。智能儀器 CPU對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描時(shí)，要兼顧兩方面的問(wèn)題：一要及時(shí)，以保證用戶的每一次按鍵都能做出響應(yīng)；二要掃描不能占用過(guò)長(zhǎng)時(shí)間， CPU還有其它任務(wù)要處理，因此要根據(jù)實(shí)際情況選擇適當(dāng)?shù)逆I盤(pán)工作方式。這個(gè)細(xì)節(jié)就是按下按鍵的前后都會(huì)有抖動(dòng)，而抖 動(dòng)的過(guò)程中會(huì)有很多低電平，如果不消除這種抖動(dòng)，就會(huì)引起系統(tǒng)的誤動(dòng)作，在本系統(tǒng)中在軟件上利用延時(shí)判斷來(lái)消除按鍵按下時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)。本測(cè)量系統(tǒng)的顯示屏需要完成顯示測(cè)得的瞬時(shí)流量與累計(jì)流量，電池電量等信息，并提供用戶簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)置界面。 RS485 簡(jiǎn)介 RS485 是一個(gè)電氣接 口規(guī)范，它只規(guī)定了平衡驅(qū)動(dòng)器和接收器的電特性，而沒(méi)有規(guī)定接插件、傳輸電纜和通信協(xié)議。 RS485 接口的主要特點(diǎn)如下： ? 平衡傳輸 ? 多點(diǎn)通信 ? 驅(qū)動(dòng)器輸出電壓（帶載）： ≥|| ? 接收器輸入門(mén)限： 177。 串行通信要求發(fā)送和接收雙方必須遵守統(tǒng)一的規(guī)定，這樣才能保證通訊的正常進(jìn)行。通訊信協(xié)議可以由用戶自己定制，也可以采用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。串行通 信 的距離可以從幾米到幾千米。信息只能單向傳送為單工；信息能雙向傳送但不能同時(shí)雙向傳送稱為半雙工；信息能夠同時(shí)雙向傳送則稱為全雙工 。在單片機(jī)中，主要使用異步通 信方式。其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)在線路上的傳送，各個(gè)字符可以是斷續(xù)的，也可以是連續(xù)的，由發(fā)送方根據(jù)需要來(lái)控制。為了克服數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，雙方時(shí)鐘的不一致性以及時(shí)鐘偏差的累積而引起 的數(shù)據(jù)接收錯(cuò)誤，異步傳輸過(guò)程中采取了兩項(xiàng)技術(shù)：一是通訊雙方在通信速率、每個(gè)字符總長(zhǎng)度上，必須要做預(yù) 先的約定。 異步通信協(xié)議規(guī)定包括 （ 1） 數(shù)據(jù)格式規(guī)定 異步通信接口規(guī)定起始位為 1bit,數(shù)據(jù)位 58bit,奇偶校驗(yàn)位 1bit,但它不是必須的，停止位可以是 1bit, 2bit。如果數(shù)據(jù)以每秒 9600個(gè)二進(jìn)制位在通信線上傳送，那么這個(gè)傳送速度為 9600波特 /秒。 （ 3） 通訊中的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)方式除奇偶校驗(yàn)外，還可以通過(guò)累加和校驗(yàn)、循環(huán)冗余校驗(yàn)等方式進(jìn)行糾錯(cuò) 接口電路設(shè)計(jì) RS一 485標(biāo)準(zhǔn)接口為差分驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，它通過(guò)傳輸線驅(qū)動(dòng)器把邏輯電平變換為電位差，完成信號(hào)傳遞，具有傳輸速率快，傳遞距離長(zhǎng) (理論可達(dá) 1200m)，抗干擾性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。采用 MAX1483將單片機(jī) TTL電 平轉(zhuǎn)換為 485電平，電路如圖 3所示。 P15(上電時(shí)為高電平 )經(jīng) 74LS14后接／ RE和 DE，可以保證在上電后接收數(shù)據(jù)，防止上電總線沖突。儀器采用微型鍵盤(pán)和 LED指示燈相配合，使儀器的各 種功能清晰有序 。并設(shè)定延時(shí)判斷按鍵是否為干擾信號(hào)。根據(jù)返回的字節(jié)，系統(tǒng)得到流量的相關(guān)信息，并判斷通訊是否正常，然后設(shè)置標(biāo)志位并執(zhí)行相應(yīng)的操作。 2)問(wèn)接測(cè)量法，例如周期測(cè)頻法、 V— F轉(zhuǎn)換法等。 渦輪脈沖的數(shù)量和頻率是氣體流量和流速的反映，本測(cè)量?jī)x表利用AT89C51 單片機(jī)的外部電平中斷方便準(zhǔn)確的完成了采集工作，簡(jiǎn)化了外圍電路，提高了可靠性。 圖 43 電平中斷 脈沖計(jì)數(shù)器加 1 脈沖總數(shù)超過(guò)儀表系數(shù) 累計(jì)流量加 1 脈沖計(jì)數(shù)器清零 計(jì)算瞬間流量 子程序結(jié)束 否 是 通常頻率的測(cè)量方法主要有 2種方法： 1)直接測(cè)量法，即在一定的閘門(mén)時(shí)間內(nèi)測(cè)量被測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)。間接測(cè)頻法僅適用測(cè)量低頻信號(hào)。功能程序塊包括鍵盤(pán)、顯示和通信等功能塊。 各模塊采用標(biāo)志傳遞執(zhí)行方式，即該模塊允許執(zhí)行 的 標(biāo)志建立時(shí)執(zhí)行該模塊，否則跳過(guò)該模塊，其他模塊不斷重復(fù)執(zhí)行。系統(tǒng)程序主要由三部分組成：系統(tǒng)主程序，各任務(wù)處理子程序，中斷服務(wù)程序。 第五章 總結(jié) 渦輪流量 傳感器作為現(xiàn)在工業(yè)生活中測(cè)量檢測(cè)的重要工具，有著廣闊的前景和意義，是關(guān)系到未來(lái)經(jīng) 濟(jì)建設(shè)的重要技術(shù)。 有以下成果和收獲。 系統(tǒng)的對(duì)流量計(jì)總體發(fā)展，演變，分類，以及工作原理 有了深入認(rèn)識(shí)。 并基于此芯片的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)， 3） 程 序設(shè)計(jì) 采用模塊話的思路，通過(guò) 流量傳感變送模塊，主控 CPU智能模塊， LED數(shù)碼管顯示模塊和上位機(jī)通訊模塊 等 4個(gè)模塊完成了信號(hào)從采集到變送到顯示模塊顯示的過(guò)程。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 UE9aQGn8xp$Ramp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKN