【正文】 測量管道截面內(nèi)的平均流速 －－－－ D－－－－測量管道截面的內(nèi)徑 －－－－測量管道截面的內(nèi)徑 －－－－ 測量流量時，導(dǎo)電性液體以速度 V流過垂直于流動 測量流量時，導(dǎo)電性液體以速度 流過垂直于流動 方向的磁場， 方向的磁場，導(dǎo)電性液體的流動感應(yīng)出一個與平均流速 成正比的電壓， 成正比的電壓，其感應(yīng)電壓信號通過二個或二個以上與 液體直接接觸的電極撿出， 液體直接接觸的電極撿出，并通過電纜送至 轉(zhuǎn)換器通過 智能化處理，然后 LCD 顯示或轉(zhuǎn)換成標準信號 ～ 20ma 顯示或轉(zhuǎn)換成標準信號 4～ 智能化處理，然后 顯示或轉(zhuǎn)換成標準信號 輸出。 － 輸出 渦街流量計 原理： 原理：渦街流量計便是依據(jù)卡門旋渦原理 進行封閉管道流體流量測量的新型流量計。 因其具有良好的介質(zhì)適應(yīng)能力， 因其具有良好的介質(zhì)適應(yīng)能力，無需溫度 壓力補償即可直接測量蒸汽、空氣、氣體、 壓力補償即可直接測量蒸汽、空氣、氣體、 液體的工況體積流量，配備溫度、 水、液體的工 況體積流量，配備溫度、壓 力傳感器可測量標況體積流量和質(zhì)量流量， 力傳感器可測量標況體積流量和質(zhì)量流量， 是節(jié)流式流量計的理想替代產(chǎn)品。 渦輪流量 工作原理 ? 原理：進入儀表的被測氣體，經(jīng)截面收縮 原理：進入儀表的被測氣體， 的導(dǎo)流體加速， 的導(dǎo)流體加速，然后通過進口通道作用在 渦輪葉片上。 渦輪葉片上。 與補測氣體的體積量成正比的渦輪轉(zhuǎn)數(shù)， 與補測氣體的體積量成正比的渦輪轉(zhuǎn)數(shù)， 經(jīng)多級齒輪減速后傳到多位計數(shù)器上， 經(jīng) 多級齒輪減速后傳到多位計數(shù)器上，顯 示出被測氣體的體積量。 渦輪流量計的組成 3 ? 渦輪流量計由以下部分組成： 渦輪流量計由以下部分組成： ? （ 1）表體：它承受來自被測流體的壓力，起連接 ）表體：它承受來自被測流體的壓力， 管道和安裝導(dǎo)流體、檢測器的作用。 （ 2）導(dǎo)流體：對流體起導(dǎo)向作用，并起支撐葉輪 ）導(dǎo)流體：對流體起導(dǎo)向作用， 的作用。 （ 3）渦輪：由安裝在前后導(dǎo)流體中的軸承支撐， ）渦輪：由安裝在前后導(dǎo)流體中的軸承支撐， 與表體同 軸，渦輪葉片的數(shù)量與流量計口徑相關(guān)， 與表體同軸，渦輪葉片的數(shù)量與流量計口徑相關(guān)， 由高導(dǎo)磁性材料制成。 （ 4）軸承：是決定流量計的可靠性和使用年限的 ）軸承： 主要因素，要求其有足夠的壽命、耐磨性能、 主要因素，要求其有足夠的壽命、耐磨性能、以及 良好的潤滑系統(tǒng)。 （ 5）信號檢測器：它由永久磁鐵、鐵芯、線圈和 ）信號檢測器：它由永久磁鐵、鐵芯、 防爆結(jié)構(gòu)等組成，渦輪轉(zhuǎn)動周期性地改變檢測線圈 防爆結(jié)構(gòu)等組成， 的磁通量，從而產(chǎn)生電脈沖信號。 超聲波流量計原理 、 ? 原理：超聲波液位計是采用回聲測距的原理工作的， 原理：超聲波液位計是采用回聲測距的原理工作的， 即探頭部分發(fā)射出超聲波，然后被液面反射， 即探頭部分發(fā)射出超聲波，然后被液面反射，探頭 部分再接收，探頭到液 (物 面的距離和超聲波經(jīng)過 部分再接收，探頭到液 物 )面的距離和超聲波經(jīng)過 的時間成比例 : 的時間成比例 即 ? 時間聲速 聲速 /2 距離 [m] = 時間 聲速 [m] ? 超聲波液位計是現(xiàn)今應(yīng)用最廣泛的液位計。 液 位計的優(yōu)點超聲波液位計可以定點和連續(xù)的測量， 液位計的優(yōu)點超聲波液位計可以定點和連續(xù)的測量， 對介質(zhì)的狀態(tài)無苛求，且不需要運動部件， 對介質(zhì)的狀態(tài)無苛求，且不需要運動部件，其傳播 速度并不直接與媒介的介電常數(shù)、電導(dǎo)率， 速度并不直接與媒介的介電常數(shù)、電導(dǎo)率，熱導(dǎo)率 有關(guān)，且經(jīng)濟耐用，使用與安裝方便。缺點是不能 測量有氣泡及懸浮物的液位， 測量有氣泡及懸浮物的液位，在液面有較大的波動 時于測量不利，使測量帶來誤差。 容積式流量計 、 ? 原理：容積式流量計利用機械測量元件把液體連續(xù) 原理： 不斷地分割成 單個已知的體積部分， 不斷地分割成單個已知的體積部分，根據(jù)計量室逐 次、重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測 量流量體積總量。 ? 典型的容積式流量計（如橢圓齒輪流量計）的工作 典型的容積式流量計（如橢圓齒輪流量計） 原理為：流體通過流量計， 原理為：流體通過流量計，就會在流量計進出口之 間產(chǎn)生一定的壓力差。流量計的轉(zhuǎn)動部件（簡稱轉(zhuǎn) 在這個壓力差作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)， 子）在 4 這個壓 力差作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，并將流體由入 口排向出口。在這個過程中，流體一次次地充滿流 量計的“計量空間” 然后又不斷地被送往出口。 在給定流量計條件下，該計量空間的體積是確定的， 在給定流量計條件下，該計量空間的體積是確定的， 只要測得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動次數(shù)就可以得到通過流量計的 流體體積的累積值。 差壓式流量計 、 ? 原理：充滿管道的流體，當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié) 原理：充滿管道的流體， 流件時，如圖 所示 所示， 流 件時，如圖 所示，流速將在節(jié)流件處形 成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低， 成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于 是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大， 產(chǎn)生的壓差愈大， 產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量 的大小。這種測量方法是以流動連續(xù)性方程 ( 質(zhì)量守恒定律 )和伯努利方程 能量守恒定律 )為 和伯努利方程 (能量守恒定律 質(zhì)量守恒定律 和伯努利方程 能量守恒定律 為 基礎(chǔ)的。壓差的大小不僅與流量還 與其他許多 因素有關(guān)， 因素有關(guān)，例如當(dāng)節(jié)流裝置形式或管道內(nèi)流體 的物理性質(zhì) (密度 粘度 )不同時 密度、 不同時， 的物理性質(zhì) 密度、粘度 不同時，在同樣大小 的流量下產(chǎn)生的壓差也是不同的。 流量 傳感器的選定 天 燃氣泄漏報警器 主要應(yīng)用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣站、噴漆作業(yè)等易發(fā)生可燃氣體 泄漏的場所，根據(jù)報警器檢測氣體種類的要求，一般選用接觸燃燒式氣敏傳感器和半導(dǎo)體氣敏 傳感器。阻緩是當(dāng)在氣體 與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無焰燃燒的同時，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應(yīng)緩慢反應(yīng)滯緩，靈敏度降低。中毒是如果環(huán)境空氣中含有硅烷之類的物質(zhì)時，則傳感器將使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中毒，以致靈敏度很快就喪失。 5 因此，經(jīng)常對傳感器 進行標定，是保證其準確性的必要的途徑。 半導(dǎo)體氣敏 傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的氣體傳感器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的氣體傳感器，它具有靈敏度高，響應(yīng)快、體積小、 結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，因而得到廣泛應(yīng)用。 經(jīng)過對比上述兩種氣敏傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體氣敏 傳感器的優(yōu)點更加突出：靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價格便宜，且不會發(fā) 生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護成本較低等。而在眾多半導(dǎo)體氣敏 傳感器中，本設(shè)計選用MQ2 型氣敏 傳感器，這種型號的傳感器 具備一般半導(dǎo)體氣敏 傳感器靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強、壽命長等優(yōu)點 。 首 先， 氣體 傳感器送來的 氣體 濃度對應(yīng)的電壓信號送入 AT89C51 單片機；然后，在 AT89C51 單片機內(nèi) A/D 轉(zhuǎn)換、 氣體 濃度比較，對數(shù)據(jù)進行 線性化處理，將數(shù)字化電壓信號轉(zhuǎn)化成為對應(yīng)的十進制濃度值；最后， 判斷 氣體 濃度值是否超出報警限，當(dāng) 氣體 濃度處于正常狀態(tài)紅燈不會閃亮，當(dāng) 氣體 濃度超出設(shè)定的限定值時，發(fā)出聲音報警并伴隨紅燈閃亮。為提高響應(yīng)時間，保證氣體 傳感器準確地、穩(wěn)定地工作，報警器需要向 氣體 傳感器持續(xù)輸出一個 5V的電壓。 6 天 燃氣泄露報警器的結(jié)構(gòu) 為適應(yīng)家庭對可燃性易爆氣體安全性要求，設(shè)計的可燃性氣體報警儀應(yīng)不僅能在較寬的溫度范圍工作，而且應(yīng)具有顯示可燃氣體濃度、可接計算機進行現(xiàn)場遠測和實時控制等功能。 天 燃氣泄露 報警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示，該系統(tǒng)以單片機為核心，配合外圍電路共同完成信號采集、聲音及閃爍報警等功能。 使用 AT89C51 單片機，選用 氣敏 傳感器作為敏感元件，利用 A/D轉(zhuǎn)換器和聲光報警電路 ，開發(fā)了可用于 家庭或 小型單位 天 燃氣泄漏 報警器。 氣敏 傳感器是將現(xiàn)場氣體濃度 非電信號轉(zhuǎn)化為電信號；轉(zhuǎn)換電路 是將 完成將 氣體 傳感器輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。 氣敏 傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換器 AT89C51 單片機 燈光報警 聲音報警 氣體 濃度 電源 時鐘 復(fù)位 7 圖 天 燃氣泄漏報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 氣體檢測報警器的功能 聲光報警功能 當(dāng)氣體濃度取值處在報警限值之上，蜂鳴器開始報警，且聲音越來越急促，并且伴隨紅燈閃爍。 第 3 章 天 燃氣泄漏報警系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計 主控電路的設(shè)計 半導(dǎo)體 氣 敏 傳感器簡介 半導(dǎo)體氣敏 傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的氣體傳感器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的氣體傳感器，它具有 靈敏度高，響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，因而得到廣泛應(yīng)用。 MQ2/MQ2S氣敏 傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫 (SnO2)。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。 Rs 表示傳感器在 不同濃度氣體中的電阻值 Ro 表示傳感器在 1000ppm不同 氣 體 中的電阻值 （ 2）溫 /濕度的影響 ： 圖 傳感器典型的溫度、濕度特性曲線 圖中縱坐標是傳感器的電阻比（ Rs/Ro）。其中 VH用于為傳感器提供特定的工作溫度。這種傳感器具有輕微的極性， VC需用直流電源。為更好利用傳感器的性能，需要選擇恰當(dāng)?shù)?RL值。0. 2V ACorDC RL 負載電阻 可調(diào) RH 加熱電阻 31Ω177。封裝好的氣敏元件有６只針狀管腳，其中４個用于信號取出，２個用于提供加熱電流 。 2℃ Vc:177。5% VH: 177。這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。在單片機實現(xiàn)的功能中，將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號做數(shù)字濾波，再進行線性化處理，這一過程的軟件實現(xiàn)，需要單片機有較快的運算速度，使儀表監(jiān)測人員能夠觀測到并進行相應(yīng)處理。 AT89C51 是 Atmel 公司生產(chǎn)的 一種帶 4K字節(jié)閃存可編程可擦除 只讀存儲器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable ReadOnly Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱 單片機 。單片機的可擦除只讀存儲器可 以反復(fù)擦除 100 次。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。外形如圖所示 ， 本設(shè)計用的 AT89C51 是一個低功耗高性能單片機， 8 位數(shù)據(jù)總線， 40個引腳，32個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口， 六個中斷源，兩層中斷優(yōu)先級， 同時內(nèi)含 2 個外中斷口， 2個 16位可編程定時計數(shù)器 ,2個全雙工串行通信口， AT89C51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。另外， AT89C51 是以靜態(tài)邏輯運行到零頻率的方式設(shè)計的，并且支持兩種可利用軟件選擇的掉電保護模式。掉電模式保存數(shù)據(jù)存儲器的內(nèi)容，但停止了晶振，是其他所有芯片停止工作直到下一次復(fù)位為止。 AT89C51 單片機的基本結(jié)構(gòu) AT89C51 單片機的基本結(jié)構(gòu)如圖所示 圖 基本結(jié)構(gòu)圖 由圖可見， 89C51 單片機主要由以下部分組成： （ 1） CPU 系統(tǒng) 8 位 CPU和閃爍存儲器 ；時鐘電路；總線控制邏輯。 （ 3） I/O 口和其他動能單元 4個并行 I/O 口； 2 個 16 位定時 /計數(shù)器； ,2個全雙工串行通信口 ；中斷系統(tǒng)（ 5個中斷源） AT89C51 單片機的引腳 （ 1）主電源及時鐘引腳： VCC、 GND 等。 （ 3）控制口線： PSEN（片外取指控制）、 ALE（地址鎖存控制）、 EA(片外存儲器選擇 )、 RST（ 復(fù)位控制）。 GND：接地。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向