【正文】 單片機(jī)的 選用 .................................................. 19 IV 電磁閥的 選用 .................................................. 20 繼電器的選用 .................................................. 21 光電耦合器 的 選用 .............................................. 21 穩(wěn)壓器 的 選用 .................................................. 21 換向機(jī)構(gòu) 電路設(shè)計部分 ............................................... 22 繼電器控制電路 ................................................ 22 脈沖采集電路 .................................................. 23 電源電路 ...................................................... 23 程序設(shè)計編寫及調(diào)試與實驗 ........................................... 24 主程序介紹及其流程框圖 ....................................... 24 鍵盤中斷程序介紹及其流程框圖 ................................. 25 脈沖采集中斷程序介紹及其流程框圖 ............................. 27 模擬程序的編寫 ............................................... 28 程序 調(diào)試與 容積 實驗 ........................................... 28 程序 調(diào)試 ................................................ 28 容積比對 實驗 ............................................ 29 總 結(jié) ...................................................................... 30 參考文獻(xiàn) ................................................................... 31 謝 辭 ...................................................................... 32 附錄一： 穩(wěn)定性與流量關(guān)系 實驗數(shù) 據(jù) ........................................... 33 附錄二：控制程序 ........................................................... 40 附錄三：容積比對式實驗數(shù)據(jù) ................................................. 42 附錄 四 ： 實物照片 ........................................................... 45 利用電磁流量計的容積比對式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計與制作 1 第 1 章 緒論 引言 近年來， 隨著水資源的日益匱乏，人們對于合理的使用水資源愈加 重視。 所以在 生產(chǎn)水表過程中 ，要對水表進(jìn)行檢定， 水表 計量準(zhǔn)確度的檢定就顯得很重要，在 能夠 保證精度的前提下，又能夠保證 企業(yè) 高效率的生產(chǎn)。 檢定 方法 使用 容積法，即水流經(jīng)管道，通過水表進(jìn)入 計量桶 ，水位靜止后，比較水表計量器（電磁流量計）與 計量桶 中的 讀數(shù)，求出示值誤 差 [1]。在這三個流量點下 采用容積比對法進(jìn)行檢定， 當(dāng)流過一定水量到計量桶時，讀出水表的 水量 和計量桶內(nèi)的水量 ，計算 出 誤差，從而進(jìn)行校準(zhǔn)。 公司為改變這種檢定 方法存在的不足 采用 由單片機(jī)控制的以標(biāo)準(zhǔn)水表作為 “ 母表” 的光電反射式自動多水表檢定 系統(tǒng) ， 來對水表進(jìn)行 分界 流量和小流量的檢定 。但是這個檢定 系統(tǒng) 的 “母表” 在使用一段時間后 ， 內(nèi)部機(jī)芯容易出現(xiàn) 機(jī)械磨損，從而影響到檢定精度。 在水表的檢定系統(tǒng)中， “母表” 穩(wěn)定性顯得尤為 重要 。 在 使用 電磁流量計 進(jìn)行 的大量實驗中發(fā)現(xiàn)，電磁流量計不穩(wěn)定 ，存在的跳動較大 。為 了減少這些因素對 電磁流量計 穩(wěn)定性 帶來的影響 ，設(shè)計電磁流量計容積比對式的水表檢定系統(tǒng)來減少 由福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 水流 穩(wěn)定性 、水壓穩(wěn)定性 、開關(guān)閥門速度 給 電磁流量計穩(wěn)定性測量 帶來 的影響。研究的主要內(nèi)容為通過單片機(jī)控制 電磁閥來實現(xiàn) 氣缸推動 水管換向， 實現(xiàn)水流在不同需要的情況下進(jìn)入到不同的位置 。 第二章：主要對電磁流量計做一個簡介，同時 進(jìn)行 流量與電磁流量計穩(wěn)定性 關(guān)系 實驗，及實驗數(shù)據(jù)分。 第三章：主要介紹了機(jī)臺實際情況，并針對任務(wù)要求和實際情況提出各種機(jī)構(gòu)方案介紹， 然后介紹了氣缸的幾種固定方案，接著對設(shè)計的機(jī)構(gòu)零件進(jìn)行強(qiáng)度校核，進(jìn)行氣缸的選擇。 最后是對全文進(jìn)行總結(jié)。 如圖 21 所示，當(dāng) 水流 以平均速度 V )/( sm ，通過內(nèi)徑為 D )(m 的絕緣管子流動時，這 絕緣管子放在 一個均勻磁感應(yīng)強(qiáng)度為 T )(B 的磁場中，在電極上就會 有 感應(yīng)出電動勢 產(chǎn)生，表示為 E ,則 )(VVDkBE ??? （ 21） 水流 流量 表示為 ： VDq4?? （ 22） 感應(yīng) 電動勢 示為： vq4DkBE ?? )(V （ 23） 設(shè)： MBkD ?14? （ 24） 則： MEqv ? )/( 3 hm （ 25） 可見，流量 q 與電動勢 E 成正比。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 4 轉(zhuǎn) 換 器UVDB 圖 21 電磁流量計原理圖 圖 22 電磁流量計接線圖 穩(wěn)定性 與 流量 關(guān)系 實驗 數(shù)據(jù) 分析 為研究 電磁流量計在 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)行大量的實驗。針對電磁流量計在 某水表公司實驗 存在穩(wěn)定性較差的問題，進(jìn)行了多種 實驗。 實驗數(shù)據(jù)見附錄 1。第二組實驗為同一工位下每測完一次 ，樣 表 進(jìn)行 重新裝夾，大流量測量 21 次，分界流量測量 5 次，小流測量 3 次。測量 5次 后 進(jìn)行 一次輪換，直到每個 樣表 表在每個工位下都測量 5 次 。 從表 21大流量一 欄實驗 數(shù)據(jù)中可以看出，大流量 30次實驗數(shù)據(jù)顯示電磁流量計的跳動為 ，各樣表都采用 標(biāo)準(zhǔn)水表的誤差較小跳動也較小， 樣表一 跳動為 ， 樣表二 跳動為 ， 樣表三跳動為 ， 樣表四 跳動為 ， 樣表五 跳動為 ， 樣表六 跳動為 。 從表 21小流量一 欄實驗 數(shù)據(jù)可以看出，其跳動比大流更大。小流后面各個工位上的標(biāo)準(zhǔn)水表 的跳動相對于分界流有的變大有的變小。 表 21 各種 流量同一 裝夾 下 多次測量 值 跳動 表 型號 流量 電磁流量計 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 測量 本 重新裝夾下測量 指每完成一次實驗將各個水表拆下在裝上， 實驗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。 在分界流量一欄中數(shù)據(jù)可以看出 重新裝夾下測量 中電磁流量計的動變大，但是這個變化小于 同一 裝夾 下 多次測量的測量數(shù)據(jù)，具體跳動為電磁流量計跳動為 ， 樣表一 跳動為 1， 樣表二 跳動為 ， 樣表三 跳動為 ， 樣表四 跳動為 ， 樣表五 跳動為 ， 樣福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 6 表六 跳動為 1。 從數(shù)據(jù)可以看出，電磁流量和各個型號在大流量下測量還是比分解流量和小流量測量穩(wěn)定性更好，分界流量下跳動變大，小流量則出現(xiàn)比較異常的跳動數(shù)據(jù)，總體可以看出對于電磁流量計來說， 重新裝夾下測量跳動變化比同一 裝夾 下 多次測量更小。 從以上的分析可以得出一點結(jié)論就是大流量的測量比小流和分界流的測量穩(wěn)定性好。 表 23 大流量多工位測量 值 跳動表 型號 流量 電磁流量計 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 對于多水表檢定平臺采用的以 “ 母表” 為基準(zhǔn)，測出被測水表的誤差從而進(jìn)行修正，比如當(dāng) “母表” 有一個 較 固定的誤差時，可以采用抵消法來調(diào)整被測水表。從上述數(shù)據(jù)看，所得實驗數(shù)據(jù)跳動不在 以內(nèi) 。分析影響穩(wěn)定性的因素 可能原因包括： （ 1） 水流 紊流 的影響 ，尤其在小流量檢定時受影響最大，故穩(wěn)定性較差； （ 2） 實驗中開關(guān) 閥門 帶來的影響 ； （ 3） 電 壓 的不穩(wěn)定帶來的影響 ； （ 4） 檢定平臺 水平度的影響 。 （ 2） 對 于電 壓造成 的不穩(wěn)定， 可 采 取的措施包括加一個整流器和采用多點接地。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 第 3 章 換向機(jī)構(gòu) 機(jī)械 部分 設(shè)計 換向機(jī)構(gòu) 簡介 換向機(jī)構(gòu)是整個 利用電磁流量計的容積比對式水表檢定系統(tǒng)的 基礎(chǔ) 機(jī)械 部分，用于實現(xiàn)將氣缸的直線運動轉(zhuǎn)換為水管的圓周運動 ，設(shè)計中采用間隙法 來 實現(xiàn)直接推動 。 機(jī)械部分的執(zhí)行元件 確定 機(jī)械 部分 執(zhí)行元件是 指 受 控制器的控制信息 來 完成對 控制 對象的控制作用的元件 ， 它能夠 將電能或流體 等 能量 轉(zhuǎn)變成 機(jī)械能或其他 形式 的 能量， 根據(jù) 控制 要求改變 控制 對象的機(jī)械 動作 狀態(tài)或者 一些 其他狀態(tài)（如溫度、壓力等）， 能夠 直接作用于 控制 對象， 起到“手”和“腳”的作用 [3]。電動執(zhí)行元件 能夠?qū)?電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能， 經(jīng)常使用 的 電動執(zhí)行原件 主要 包括 有電機(jī)、電磁制動器、繼電器 等， 電動執(zhí)行元件具有很寬的調(diào)速幅度 、 非常的靈敏 、響應(yīng)快 、 能 長 時間地工作 ， 在 某些特別的情況下 ，還能滿足防爆、防腐、耐高溫等特殊要求 [3]。氣動執(zhí)行元件 不僅 可以提供較高的動力，且 使用的是 空氣無污染 ，能夠進(jìn)行集中的供應(yīng)和長距離的傳輸 ，與液壓 執(zhí)行原件和電動執(zhí)行原件 相比，同條件下功率較小，而且速度不 容易控制，所以多用于 對點位控制 精度不高的 系統(tǒng) [4]。 利用電磁流量計的容積比對式水表檢定系統(tǒng)的設(shè)計與制作 9 圖 31 水管 布局分 布圖 從 圖 31可以看出 ，水管做圓周運動，在計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，在計量桶兩側(cè) 布局分布 。 布局分布 第一方案 這一側(cè)有許多不同流量的水管用于不同流量下的水表檢定，空間較小，若需要將換向機(jī)構(gòu)安裝在計量桶外側(cè)，即 布局分布 第一方案 的外側(cè)，則會出現(xiàn)空間不足，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。 布局分布 第二 方案 一側(cè) 側(cè)是 在 檢定系統(tǒng)外部， 有一個 較大的空間 ，擁有足夠的空間來安裝換向機(jī)構(gòu)，但是這一側(cè)在水池外部，當(dāng)水管入水口處于 布局分布 第二方案 水管位置二時，水流進(jìn)入到水池外部，需要采用一個水管來銜接將水引到水池中，這銜接水管的設(shè)計和安裝會比較復(fù)雜。 其原理圖如圖 32 所示 。氣缸 利用活塞桿 的 伸縮帶動滑塊做直線運動，滑塊 帶動 連桿 動作，從而帶動 水管做圓弧運動，從而實現(xiàn)將直線運動轉(zhuǎn)化為圓弧運動。該方案在實驗開始前水管處于水管位置二，氣缸處于收縮狀態(tài)，當(dāng) 需要時給予一個信號控制氣缸伸長推動水管入水口到計量桶上方，讓水流入到 計量桶內(nèi)。但是該方案機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，需要采用兩個轉(zhuǎn)動副，轉(zhuǎn)動副要求精度較高，在加工過程中增加了難度；同時水管和連桿 之間 的轉(zhuǎn)動副無法直接在水管上連接，需要從水管焊接一個連接塊和連桿組成轉(zhuǎn)動副，而設(shè)計要求卻不能在水管山焊接；另外對于連桿的長度和氣缸的擺放位置計算要求很高，在設(shè)計中要求滿足水管入水口兩個位置距離計量桶內(nèi)外壁 810mm 距離要求，在連桿和滑塊之間的角度也要考慮，太大或