摘(zhai)要:設(she)計以(yi)PIC單片機爲(wei)核心的(de) 智能渦(wo)輪流量計(ji) ，用于(yu)蒸汽(qi)流(liu)量的測(ce)量。結(jie)合氣(qi)體流(liu)量與(yu)密度(du)的特(te)點設(she)計溫(wen)度壓(ya)力補(bu)償電路，并(bing)用串口液晶顯(xian)示模(mo)塊(kuai)實時顯(xian)示所(suo)測的(de)流量(liang)大小(xiao)、溫度和壓(ya)力，同時(shi)可(ke)利用鍵盤進(jin)行(hang)參數(shu)的設(she)定和(he)修改(gai)。該方(fang)案節省了(le)資源，提高了性(xing)價比(bi)，保證了系(xi)統的精度和實(shi)時性(xing)。
　　在現(xian)代工(gong)業生産和(he)流通等領(ling)域，流量檢(jian)測是(shi)計(ji)量(liang)管理(li)、貿易結算(suan)的第(di)一可(ke)靠(kao)性依據，也是一門(men)實用(yong)性很(hen)強的檢測技術;但流體的(de)複雜(za)性決定了流量(liang)檢測的問(wen)題也(ye)很(hen)多(duo)，氣體(ti)流量(liang)的(de)溫度壓(ya)力補償問題就是其(qi)中(zhong)之一。流(liu)量傳感器(qi)在測(ce)量同(tong)樣介質的(de)流體(ti)流量(liang)參數時都(dou)是工況流(liu)量，尤(you)其是(shi)氣體(ti),即便測量結果(guo)相同，由于受溫(wen)度和壓力的影(ying)響,在轉(zhuan)換(huan)成标準流(liu)量時結果(guo)往往也是(shi)不一(yi)緻的(de)。這(zhe)就(jiu)産生(sheng)了流(liu)量檢(jian)測中(zhong)的溫(wen)度壓力補(bu)償問(wen)題。
　　在(zai)使用(yong)流量(liang)計(ji)測流量(liang)時，使用者(zhe)如果(guo)不考(kao)慮溫(wen)度壓(ya)力補償(chang)的(de)話，得到的結果往往(wang)會與正(zheng)确(que)結果(guo)大相徑庭(ting)，無法(fa)進行貿(mao)易(yi)結算或工藝考核。液(ye)體體(ti)積幾(ji)乎不(bu)受壓力影(ying)響，僅(jin)和溫度有(you)關，而且當溫度變化(hua)範圍(wei)很小(xiao)時，液體體(ti)積(ji)的(de)變化(hua)也極小;但是氣體受(shou)壓力、溫度(du)影響所(suo)引(yin)起的(de)流體(ti)特性的變(bian)化很大，在(zai)流量(liang)檢測(ce)中，氣體流(liu)量溫(wen)度壓(ya)力補(bu)償的(de)意義重大(da)。
1渦輪(lun)流量計工(gong)作原(yuan)理
　　渦(wo)輪流(liu)量計(ji) 作爲(wei)最通(tong)用的流量計具(ju)有精度(du)高、重複(fu)性好等優點，廣(guang)泛用于高壓、高溫、低(di)溫及微流(liu)量的測(ce)量(liang)中。渦(wo)輪流量計(ji)是一(yi)種速度(du)式流量(liang)計，它(ta)是由渦輪(lun)、軸承(cheng)、前置(zhi)放大(da)器、顯(xian)示(shi)儀表組(zu)成。被測(ce)流(liu)體沖(chong)擊渦(wo)輪葉片，使(shi)渦輪(lun)旋轉(zhuan)，渦輪(lun)的轉速随流量(liang)的變(bian)化而(er)變化，即流(liu)量大，渦輪(lun)的轉速也大，再經磁(ci)電(dian)轉(zhuan)換裝(zhuang)置把(ba)渦輪(lun)的轉(zhuan)速轉(zhuan)換爲相應(ying)頻率的電(dian)脈沖(chong)，經前(qian)置放大器(qi)放大後(hou)，送入顯(xian)示儀(yi)表進行計(ji)數和顯示(shi)，根據(ju)單位(wei)時(shi)間内的(de)脈沖數和(he)累計脈沖(chong)數即(ji)可求(qiu)出瞬時流(liu)量和累積流(liu)量"。當流(liu)體沿着管(guan)道的軸線(xian)方向流動(dong)、并沖擊(ji)渦(wo)輪葉片時(shi)，流經渦輪(lun)變送(song)器的(de)流體(ti)體積(ji)流量：
 
2硬件(jian)電路設計(ji)
2.1總體(ti)設計
　　該系統以(yi)PIC單片機爲控制核心(xin)，包(bao)括流量(liang)信号采集(ji)模塊(kuai)、溫度(du)和(he)壓(ya)力信(xin)号采(cai)集模(mo)塊、鍵(jian)盤以及(ji)顯示模(mo)塊5個部分。流量信号采集模塊(kuai)使用渦(wo)輪流量(liang)計采(cai)集流(liu)量信(xin)号，經過外圍電路處理後送入(ru)單片機(ji)，測量其(qi)頻率，用于(yu)流量(liang)計算(suan);溫度(du)和壓力采集模塊将(jiang)采.集到的溫度(du)和壓力通過A/D轉(zhuan)換後(hou)送(song)入單片(pian)機，用(yong).于氣體的(de)密度(du)計算(suan)，對氣(qi)體流(liu)量(liang)進(jin)行補(bu)償;鍵(jian)盤模塊實現對(dui)儀表(biao)參數(shu)的設置(zhi)、各(ge)顯示(shi)内容(rong)之(zhi)間(jian)的轉(zhuan)換操(cao)作(zuo);顯示模(mo)塊實現瞬(shun)時流(liu)量、累積流量、溫(wen)度和(he)壓力(li)的顯(xian)示。系統(tong)的(de)總體結構(gou)圖如圖1所(suo)示。
 
2.2PIC單片(pian)機(ji)
　　pIc單片機采(cai)用(yong)哈佛總(zong)線結構，精簡指令,運行(hang)速(su)度快(kuai)，價格低廉(lian)，低功耗，内部(bu)具有8通(tong)道10位A/D轉換(huan)器，最大有(you)8kX14字(zi)節的HASH程(cheng)序存儲器，工作(zuo)電壓範圍寬，帶(dai)振蕩(dang)式(shi)看(kan)門狗(gou)，不需(xu)要任(ren)何外(wai)部器(qi)件。在該系(xi)統設(she)計中具有(you)較大的優(you)勢。
2.3流(liu)量檢(jian)測電路
　　渦(wo)輪脈沖信(xin)号經(jing)濾波整形(xing)放大(da)後,再經(jing)過(guo)光電(dian)隔離(li)電路(lu)後進(jin)入PC16F877單片機(ji)進行(hang)脈沖頻率(lü)測量(liang)，從而測量(liang)出流(liu)量的(de)大(da)小。
2.4溫度(du)壓力(li)檢測電路(lu)
　　采壓力傳(chuan)感器(qi)154n對氣(qi)體(ti)壓力進行檢測。該傳感(gan)器屬于壓(ya)阻式(shi)半導(dao)體壓(ya)力傳(chuan)感器，用電(dian)阻構(gou)成電橋後(hou)接電(dian)壓跟(gen)随(sui)器送至(zhi)RA0口。.将Pt100檢(jian)測(ce)到的(de)溫度信号(hao)經A、B兩(liang)個電壓跟.随器(qi)後分别送至減(jian)法電(dian)路和(he)放大(da)電路，再經減法(fa)器E後(hou)進入單片(pian)機的RA1口。
　　此(ci)時有U7E=100UiA-200IB，電位器Rv3用來調(diao)零，當其阻值調(diao)至和(he)Pt100阻值相同(tong)時，此時U7E爲(wei)零，未(wei)調整時即爲常(chang)溫值(zhi)。其原(yuan)理如圖2所(suo)示.
　　爲(wei)了提(ti)高系(xi)統(tong)的(de)測量精度(du),壓力(li)檢測(ce)和溫度檢(jian)測均(jun)采用(yong)IM334恒流源向(xiang)其提供恒(heng)定的電流(liu)，同(tong)時(shi)添加(jia)一個電阻和一(yi)個二(er)極管以獲(huo)得零點漂移操作。
 
3.系統(tong)軟件設(she)計
3.1總體設(she)計
　　系統軟件(jian)包(bao)括初(chu)始化程序、主程(cheng)序、中(zhong)斷控(kong)制程(cheng)序、流量、溫(wen)度、壓(ya)力檢測(ce)程序以(yi)及鍵盤(pan)顯(xian)示程(cheng)序等(deng)。初始化程(cheng)序主要完(wan)成單(dan)片機(ji)初始(shi)化和(he)設置計數(shu)方式(shi)等。主程序(xu)主要(yao)通過查詢(xun)标志位SET_RUN和(he)OPERATE來判斷程(cheng)序是(shi)運行(hang)狀态(tai)還是(shi)設置(zhi)狀态(tai)，然後(hou)調(diao)用相應的處(chu)理子(zi)程序(xu)。首先開全(quan)局中(zhong)斷，允(yun)許(xu)單片機(ji)響應所有(you)中斷(duan)源産生(sheng)的中斷(duan)請求(qiu);當單(dan)片機(ji)查詢(xun)到标志位(wei)SET_RUN被置位時，就進(jin)入設(she)置狀态，對(dui)儀表系(xi)數(shu)進行設定(ding);進入(ru)運行(hang)狀态(tai)後(hou)還(hai)要查(cha)詢标志(zhi)位OPERATE是否(fou)被置位，被(bei)置位後就(jiu)進行(hang)溫度(du)與壓(ya)力的(de).A/D轉換、流量(liang)的計算和(he)數據的儲(chu)存。中(zhong)斷程(cheng)序用(yong)于查(cha)詢定時(shi)時(shi)間，進(jin)入中(zhong)斷服(fu)務子(zi)程序完(wan)成流量采集(ji)、工(gong)作(zuo)狀況(kuang)“下溫(wen)度(du)和壓力采集(ji)，瞬時流量(liang)和累積流(liu)量的計算(suan)。系統主流(liu)程圖如圖(tu)3所示。
 
3.2流量(liang)溫度壓力(li)信号采集(ji)
　　流量(liang)信号的(de)采集主(zhu)要通(tong)過計數器(qi)MR0中斷服務程序(xu)完成，采用定時器模(mo)式(shi)，定(ding)時時(shi)間設爲1so定(ding)時時間到(dao)，比較寄存(cun)器裏面(mian)的(de)内容(rong)，大于(yu)1s則對計數(shu)器IMR1讀(du)數，以(yi)獲得流量信号的頻(pin)率，并(bing)清(qing)零;小于1s,則加(jia)1後結束。
　　溫(wen)度和(he)壓(ya)力信号的采(cai)集是(shi)通過(guo)PICI6F877單片機内部的ADC模塊(kuai)将(jiang)其轉換(huan)成數字量，采樣(yang)完成(cheng)後(hou)計算出(chu)溫度和(he)壓(ya)力值(zhi)，并将(jiang)這兩個數(shu)值在液晶(jing)屏上顯示(shi)出(chu)來(lai)。.
3.3鍵盤(pan)顯示
　　設(she)置3個鍵盤，利(li)用電平變(bian)化中(zhong)斷(duan)功能來實現，采用延時(shi)去抖法(fa)，按鍵有(you)效就(jiu)進(jin)入按鍵(jian)處理程(cheng)序(xu)。F表示功能(neng)鍵(jian)，用KI來表(biao)示，每(mei)按(an)一-次表(biao)示在(zai)流(liu)量顯示(shi)和溫(wen)度、壓力顯(xian)示間(jian)切換(huan)，-表示(shi)移位鍵(jian)，用(yong)K2表示(shi)，↑爲增(zeng)加鍵(jian)，用K3表(biao)示。如(ru)果(guo)F+→(即(ji)Kl+K2)被按(an)下，則設置(zhi)标志(zhi)位置1,主程序查(cha)詢到(dao)其置1後，就(jiu)進入(ru)設置(zhi)狀态。在該(gai)狀(zhuang)态下，→(K2)鍵(jian)定義爲移位鍵(jian)，以閃爍表示光(guang)标所在(zai)位，每.按(an)一次(ci)，閃(shan)爍移到(dao)下一位(wei)，到(dao)最後一位(wei)回閃第一(yi)一位(wei)。↑(K3)定(ding)義(yi)爲增加鍵(jian)，對光标所(suo)在位的(de)數(shu)值進行修改，每按--次(ci)，循環(huan)增(zeng)加一個定義單位，定義(yi)單位(wei)視(shi)參數類型而(er)定(ding)。當(dang)程序(xu)查詢到↑+→(K2+K3)被(bei)按下時，就把累積流(liu)量清零，并(bing)把标志位置1,當查詢(xun)到F(K1)鍵(jian)被(bei)按下時，每按-一(yi)次(ci)，在流(liu)量顯示(shi)和溫度、壓力顯示(shi)之間(jian)切換。
采用(yong)段式液晶(jing)顯示器LCM103來(lai)顯示瞬時(shi)和累計流量(liang)，同時實(shi)時顯示(shi)溫(wen)度和壓力(li)"。
4溫壓補償(chang)的實(shi)現(xian)
　　一般來說，在(zai)生産中大(da)多要(yao)求得(de)到氣(qi)體的質(zhi)量流量(liang)，由于(yu)氣體體積(ji)受溫度和壓力(li)的影響(xiang)太大,在(zai)溫度(du)和壓力不(bu)斷變化(hua)的(de)環境(jing)中得(de)出的(de)流量(liang)需要(yao)補(bu)償(chang)換算(suan)。
　　在得(de)到(dao)了渦輪(lun)流量計(ji)輸(shu)出的流量(liang)信号(hao)、測量(liang)介質的(de)溫度和壓力(li)後，就(jiu)可以(yi)進行飽和(he)蒸汽質量流(liu)量(liang)的實(shi)時計算了(le)。由公式(2)可(ke)知(zhi)，頻率f已(yi)經通(tong)過IMR1計(ji)數器(qi)測得(de)，隻(zhi)要再得(de)到密度(du)Q就(jiu)可以(yi)計算(suan)飽和蒸汽(qi)的質量(liang)流(liu)量了(le)。飽和(he)蒸(zheng)汽(qi)的密(mi)度Q和(he)它(ta)的溫度(du)壓力有關(guan)，其關(guan)系如表1所(suo)示。可(ke)以看到，密(mi)度Q隻(zhi)是溫(wen)度或(huo)者壓力的(de)函(han)數，而不(bu)是它們兩(liang)個參數的(de)函(han)數,所以(yi)隻要(yao)通過(guo)表1的數據(ju)拟(ni)合出一(yi)條溫度-密度(或(huo)者壓(ya)力(li).密度)的(de)曲線(xian)，測出溫度(du)(或者(zhe)壓(ya)力)值就(jiu)可以得到(dao)密度(du)值。拟(ni)合(he)溫度-密(mi)度曲線(xian)或(huo)者壓(ya)力-密度曲.線均(jun)可，但溫度(du)和壓(ya)力都要(yao)顯示出(chu)來。
 
　　由(you)溫(wen)度的A/D采(cai)樣值(zhi)和密(mi)度值(zhi)間的關系式，根(gen).據公(gong)式(2)就可以(yi)進行流量的質(zhi)量流(liu)量計算。
5結(jie)束語(yu)
　　基(ji)于(yu)PIC單片機的智能(neng)渦輪(lun)流量(liang)計(ji)設(she)計，節(jie)省了資源，提高(gao)了系統(tong)性(xing)價比，同時(shi)又(you)由(you)于采(cai)用了合理(li)的溫度壓(ya)力(li)檢測方(fang)法和新(xin)的補償方式(shi)，可以盡可(ke)能地消除系統誤差(cha)，較爲快速(su)正确地計算溫(wen)度壓(ya)力變化時(shi)流體(ti)的密(mi)度和流量(liang)值，保證了(le)系統的(de)精度和(he)實時(shi)性，具(ju)有較(jiao)好的(de)應用價值(zhi)。

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