【正文】 ensors and designs the singal condition circuit, which process the weak signal from pressure sensor, to meet the requirements of the input signal chip. Additionally, this article also micro controller hardware and software design of the system and intelligent function extension of the system, the system can not only accurately measured by realtime reflect the size of the traffic signal, and to realize the remote transmission system, intelligent remote control to provide conditions. Keywords flowmeter。 SCM。流量 的 計量是計量科學技術的組成部分之一，它與國民經濟、國防建設、科學研究有密切的關系。特別是在能源危機、工業(yè)生產自動化程度愈來愈高的當今時代，流量計在國民經濟中的地位與作用更加明顯。但是目前國內由于技術方面的限制，在微小流量測量領域，特別是對具有腐蝕性、粘稠性微小流量信號的自動檢測手段還很不完善，基 本屬于空白。 由于流量是一個動態(tài)量，流量測量是一項復雜的技術。此外就液體而言，還存在粘度大小 不 同等情況。這是流量計量的主要工作之一。 對流體流量的檢測可以用差壓流量計、電磁流量計、容積流量計、質量流量計、超聲流量計或者渦街流量計等。電磁流量計的計量精度高，但零點穩(wěn)定性差。質量流量計主要用于質量流量的檢測。%~177。鑒于這些優(yōu)點，我們選擇了渦街流量計進行研究。我們要做的就是如何將壓力傳感器發(fā)出的信號進行處理 ，然后送到單片機，進行數學運算處理，得到所需的結果。據國外資料表明，在不同的工業(yè)部門 哈爾濱理工大學學士學位論文 2 中所使用的流量儀表占整個儀表總數的 15~30%。盡管如此，由于流量測量技術的復雜化，以及科學技術的迅速發(fā)展給流量計量提出更新更高的要求，流量計量的現況遠不能滿足生產的需要，還有大量的流量計量技術問題有待進一步研究解決。特別對腐蝕性流體、臟污流體、高粘性流體、多相流體、微小流量等的檢測，市場產品有待進一步發(fā)展更有效的測量手段 。產品在微型化、集成化、智能化、總線化等發(fā)展方向上緊跟國際發(fā)展的步伐。 高檔、大型儀器設備幾乎全部依賴進口。但目前與國外同行相比，我國流量儀表仍存在很大差距 ： 產 品種類系列不全；產品性能指標低；高技術產品少等等， 在國際上處于落后地位，不符合流量儀表未來發(fā)展方向。近年來，渦街流量計、電磁流量計、質量流量計和超聲流量計的增長 速度 較快。下面對幾種常見的流量測量方法 進行 簡要的介紹。 渦街流量計就是根據渦街測量方法設計的。 這種測量方法的主要優(yōu)點是 ： 1． 結構簡單牢固 ； 2． 適用流體種類多 ； 3． 精度較高 ； 4． 范圍寬 ； 5． 壓損小。 采用這 種測量方法制造的渦街流量計是屬于最年輕的一類流量計，但其發(fā)展迅速，目前已成為通用的一類流量計。 差壓式流量計就是按照差壓測量方法設計的流量測量儀表，差壓式流量計的檢測件按其作用原理可分為 ： 水力阻力式、離心式、動壓頭式、動壓頭增益式及射流式等。 這種測量 方法的主要優(yōu)點是 ： 1． 應用最多的孔板式流量計結構牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長 ； 2． 應用范圍廣泛，至今尚無任何一類流量計可與之相比擬 ； 3． 檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產，便于規(guī)模經濟生產。 這種測量方法制造的差壓式流量計在封閉管道的流量測量中對環(huán)境適應性非常強，各種對象都有應用，如流體方面 ： 單相、混相、潔凈、臟污、粘性流等 ； 工作狀態(tài)方面 ： 常壓、高壓 、真空、常溫、高溫、低溫等 ； 管徑方面 ： 從幾 mm 到幾 m； 流動條件方面 ： 亞音速、音速、脈動流等。 電磁流量計就是根據電磁測量方法設計的。 70、 80 年代電磁流量在技術上有重大突破，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不斷上升。 這種測量方法的缺點是 ： 1． 不能測量電導率很低的液體，如石油制品 ； 2． 不能測量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體 ； 3． 不能用于較高溫度。 容積測量方法 容積式測量方法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，根據測量室逐次重復地充滿和排放該體積部分流體的次數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、雙浮子流量計 、旋轉活塞流量計、往復活塞流量計、圓盤流量計、液封轉筒式流量計 及膜式氣量計等。 這種測量方法的缺點是 ： 1． 結果復雜，體積龐大 ； 2． 被測介質種類、口徑、介質工作狀態(tài)局限性較大 ； 3． 不適用于高、低溫場合 ； 4． 大部分儀表只適用于潔凈單相流體 ； 5． 產生噪聲及振動。 渦輪測量方法 渦輪測量方法采用多葉片的浮子 (渦輪 )感受流體平均流速，從而推導出流量或總量。它是速度式流量計中的主要種類。渦輪流量計和容積式流量計、質量流量計稱為流量計中三類重復性、精度最佳的產品，作為十大類型 哈爾濱理工大學學士學位論文 5 流量計之一，其產品已發(fā)展為多品種、多系列批量生產的規(guī)模。 這種測量方法的缺點是 ： 1． 不能長 期保持校準特性 ； 2． 流體物性對流量特性有較大影響。 超聲測量方法 超聲測量方法是通過檢測流體流動對超聲束 (或超聲脈沖 )的作用 來 測量流量的方法。 根據對信號檢測的原理 ， 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 及 噪聲法等。 這種測量方法的主要優(yōu)點是 ： 1． 可做非接觸式測量 ； 2． 為無流動阻撓測量，無壓力損失 ； 3． 可測量非導電性液體，對無阻撓測量的電磁流量計是一種補充。 采用這種測量方法制造的超聲流量計有如下的廣泛應用 ： ① 傳播時間法應用于清潔、單相液體和氣 體。 研究內容 本文在對流量測量的各種方法和流量儀表的 發(fā)展動態(tài)進行綜述的基礎上， 通過對卡門渦街原理的理解和公式的推導，得出流量和應力頻率的關系。重點放在了硬件電路的設計。其中，體積與時間之比，稱為體積流量 ； 質量與時間之比，稱為質量流量。當流體的流動是隨時間變化的，為非定常流，此時流量隨時間不斷變化。 設流體通過截面中的某一微小面積為 dF ， 并 且選 取通過該微小面積流體的流速為 u ，則流體通過微小面積 dF 的體積流量 dq ，為 ： udFdq? (2— 1) 流體通過整個截面積的體積流量 q， 可用對截面積 F 積分求出 ： ?? udFq (2— 2) 質量流量可以用流體體積流量與流體密度之積來表示。 在工程應用中，常常同時要求測量經過一段時間流過管道的總的流體量，即要求測量通過管道的流體的累積流量。 所以，如果流動為穩(wěn)定流，流體密度為 ? ，由上式可以得到： vvmm QtqtqQ ?? ??? (2— 6) 從上面可以看出，累計流量的測量就是流體體積的測量或者流體質量的測量。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關，所以它們之間的關系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應的輸出量作縱坐標而畫出的特性曲線來描述。 哈爾濱理工大學學士學位論文 7 2． 動態(tài)特性 所謂動態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應 容易用實驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應與它對任意輸入信號的響應之間存在一定的關系，往往知道了前者就能推定后者。 3． 流量計特征曲線 流量計特性曲線是反映隨流量變化流量計性能變化的曲線。 流量計的特性曲線可以通過對流量計進行理論分析而得到，而更為準確可靠的是對流量計進行標定得到，即在整個流量計的流量范圍內進行一系列的實驗得到。在實際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數，常用一條擬合直線近似地代表實際的特性曲線、線性度(非線性誤差 )就是這個近似程度的一個性能指標。如將零輸入和滿量程輸出點相連的理論直線作為擬合直線 。 5． 靈敏度 靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化 △ y 對輸入量變化 △ x 的比值。如果傳感器的輸出和輸入之間是線性關系，則靈敏度 s 是一個常數。靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。當傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時，靈敏度可理解為放大倍數。但靈敏度愈高，測量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。只有當輸入量的變化超過分辨力時，其輸出才會發(fā)生變化。上述指標若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。雷諾數就是表征流體流動特性的一個重要參數。 lvvlssvFFmg ???? ??? 2Re (2— 7) 式中的動力粘度 ? 用運動粘度 ? 來代替，因為 v??? ，則 ??? vllv ??Re (2— 8) 式中 ： v流體的平均速度 l流束的定型尺寸 ? 在工作狀態(tài)下流體的運動粘度 ?動力粘度 ? 被測流體密度 由上式可知，雷諾數油的大小取決于三個參數，即流體的速度、流束的定型尺寸以及工作狀態(tài)下的粘度。雷諾數大，意味著慣性力占主要地位，流體呈紊流流動狀態(tài)，一般管道雷諾數 Re2020 為層流狀態(tài)， Re4000為紊流狀態(tài)， Re=2020~4000 為過渡狀態(tài)。因此雷諾數的大小決定了粘性流體的流動特性。 本章為以后各章節(jié)的分析奠定了一定的基礎 。當這些漩渦排列成兩排 且 當兩排漩渦的間距 h 與同列中兩相鄰漩渦的間距 L 之比滿足 h/L= 時，就能得到穩(wěn)定的交替排列漩渦 。 圖 31 卡門渦街原理圖 實驗表明，漩渦分離頻率，即單位時間內在由柱體一側產生的漩渦數目 f 與流體速度 v 成正比，與柱體迎流面的寬度 d 成反比，即 ： dvStf ? (3— 1) 其中： f 漩渦分離頻率 (Hz ) St 斯特勞哈爾數（無量綱）。 v 漩渦發(fā)生體兩側的流速（ m/s） d 漩渦發(fā)生體迎流寬度（ mm） 用管道內平均流速 ? 代替 v，根據流體連續(xù)方程，有 Ddv ??? (3— 2) 其中： ? 管道內流體平均速度， m/s D渦街流量計內殼的內徑， mm 將 32 式帶入 31 式可以得到： V h 漩渦 漩渦發(fā)生體 V p V L 哈爾濱理工大學學士學位論文 10 DddStf ??? (3— 3) 對于許多經過適當選擇的柱型，由于 St 數在很寬的雷諾數范圍內可以看成是常數。這就是渦街流量計的基本原理。 物理模型 渦街流量計由殼體、漩渦發(fā)生體和放大器組成。 渦街流量計是一種無運動部件的流量計，按其原理分類屬于振蕩型流量計。由于渦街流量計 不 含有運動部件及對流體沖刷敏感的部件，因而在使用過程中，可靠性高，使用壽命長，并具有一般節(jié)流式流量計的優(yōu)點，精確度穩(wěn)定，再現性好。渦街流量計是一種數字式流量計，它輸出的脈沖信號的頻率與流量成線性關系，同時具有量程寬、重復性好 、 便于遠距離無精度損失的傳輸。一旦流量計的結構確定 ， 流體振蕩就服從一定的客觀規(guī)律，其振蕩頻率不能人為地改變，因而儀表常數及其變化規(guī)律是客觀的。此外還可以采用以上 5 種柱型的修改形狀或變形，以及幾種基本形狀組合在一起的組合柱型。 柱體具有遠高于渦街頻率的自振頻率，材質要適當考慮被測介質的要求，與此同時要在較寬的雷諾數范圍內具有恒定的 St 數。 哈爾濱理工大學學士學位論文 11 應用中的問題 由于溫度和壓力的變化會對流體的密度產生影響，所以在測量的時候必須對密度的實際值進行補償，補償采用以下公式 : 100)1( ????xx ??? (3— 5) 式中， ? 實際密度， kg/m3 0? 飽和蒸汽密度， kg/m3 1? 水密度， kg/m3 x 干度影響系數