摘(zhai)要:介紹(shao)了一種(zhong)渦輪式(shi)氣體流(liu)量計 的(de)溫度.壓(ya)力補償(chang)方法，該(gai)方法采(cai)用MS5535B傳感(gan)器測量(liang)被測氣(qi)體的溫(wen)度和壓(ya)力，采用(yong)軟件方(fang)法進行(hang)補償。
0引(yin)言.
　　氣體(ti)的流量(liang)通常用(yong)體積流(liu)量來表(biao)示，體積(ji)流量是(shi)指單位(wei)時🌈間内(nei)通過管(guan)路任一(yi)截面的(de)氣體體(ti)積。但是(shi)由于氣(qi)體分🏃‍♂️子(zi)排列松(song)🐆散，随着(zhe)溫度或(huo)壓力的(de)變化，分(fen)子間距(ju)會發生(sheng)變化，體(ti)積也會(hui)發生相(xiang)應的變(bian)化。體積(ji)與壓力(li)成反比(bi)，與溫度(du)成正比(bi)，在溫度(du)和壓🍓力(li)變化的(de)情況下(xia)，無法計(ji)量和比(bi)較氣體(ti)的體積(ji)流🔴量，需(xu)要将其(qi)統--轉換(huan)爲标準(zhun)狀态下(xia)的體積(ji)流量。工(gong)程上氣(qi)體流量(liang)--般都以(yi)标準狀(zhuang)态下的(de)體積流(liu)量來表(biao)示。因此(ci)，需要對(dui)工作狀(zhuang)态下測(ce)得的🥰氣(qi)☎️體流量(liang)進行溫(wen)度、壓力(li)補償。
1渦(wo)輪式氣(qi)體流量(liang)計的溫(wen)度、壓力(li)補償方(fang)法
　　渦輪(lun)式氣體(ti)流量計(ji)直接測(ce)量的是(shi)工作狀(zhuang)态下氣(qi)體的體(ti)積流量(liang)，标準狀(zhuang)态下氣(qi)體的體(ti)積流量(liang)爲:
 
　　式中(zhong)qvn、qv-分别爲(wei)标準狀(zhuang)态和工(gong)作狀态(tai)下的體(ti)積流量(liang)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，m³/h;p、T、Z-分别爲(wei)工.作狀(zhuang)态下絕(jue)對壓力(li)(Pa)，熱力學(xue)溫度(K)和(he)氣體壓(ya)縮系數(shu);pn、Tn、Zn一分别(bie)爲标準(zhun)狀态下(xia)絕對壓(ya)力(Pa)，熱力(li)學溫度(du)(K)和氣體(ti)壓縮系(xi)數。
　　由于(yu)被測氣(qi)體所處(chu)狀态壓(ya)力較低(di)，且溫度(du)大大高(gao)于臨界(jie)溫度，因(yin)此可以(yi)按理想(xiang)氣體計(ji)，這時氣(qi)體壓♍縮(suo)系數取(qu)爲1甲。将(jiang)測量得(de)到的工(gong)作狀态(tai)下的溫(wen)度和壓(ya)力數值(zhi)帶入(1)式(shi)，即可得(de)到補償(chang)後的氣(qi)體流量(liang)⭐數值。
2溫(wen)度、壓力(li)測量用(yong)傳感器(qi)
　　工作狀(zhuang)态下的(de)溫度、壓(ya)力數值(zhi)可采用(yong)型号爲(wei)MS5535B的集成(cheng)壓力傳(chuan)感器來(lai)進行測(ce)量。MS5535B的主(zhu)要功能(neng)是将從(cong)壓🍓阻式(shi)壓力傳(chuan)感器輸(shu)✉️出的📐未(wei)經補償(chang)模拟電(dian)壓值轉(zhuan)換爲16位(wei)的數字(zi)量,同時(shi)提供-一(yi)個傳感(gan)器溫度(du)的16位數(shu)字量。該(gai)芯片具(ju)有如下(xia)特點:
1)0一(yi)14bar的絕對(dui)壓力範(fan)圍
2)芯片(pian)中存有(you)用于軟(ruan)件補償(chang)的6個系(xi)數
3)15位的(de)ADC
4)3線串行(hang)接口
5)1個(ge)系統時(shi)鍾(32.768kHz)
6)低電(dian)壓低能(neng)量消耗(hao)
7)供電電(dian)壓在2.2V~3.6V
8)低(di)電壓電(dian)流
9)-40~+125℃工作(zuo)溫度
　　MS5535B有(you)8個引腳(jiao)，引腳定(ding)義和功(gong)能如表(biao)1所示。
 
3溫(wen)度、壓力(li)測量傳(chuan)感器與(yu)單片機(ji)的接口(kou)電路設(she)計
　　MS5535B與單(dan)片機MSP430F147的(de)通信是(shi)通過3線(xian)同步的(de)串行接(jie)口實現(xian)的。圖1爲(wei)壓力傳(chuan)感器MS5535B和(he)單片機(ji)MSP4320F147的硬件(jian)連接圖(tu)。單片機(ji)MSP430F147的P2.1引腳(jiao)輸出同(tong)步❌串行(hang)時鍾信(xin)号，P2.4引腳(jiao)采樣由(you)MS5535B輸出的(de)數據，P2.2引(yin)腳輸出(chu)數據給(gei)MS5535B,P2.0引腳向(xiang)MS5535B輸出32.768kHZ的(de)主時鍾(zhong)✨信号。
 
4軟(ruan)件設計(ji)
　　MS5535B輸出的(de)電壓與(yu)溫度和(he)測量過(guo)程的誤(wu)差有很(hen)大關系(xi)📞，所以需(xu)要補償(chang)這些影(ying)響。補償(chang)是通過(guo)單片機(ji)MSP430F147軟🍉件補(bu)償來實(shi)現的。補(bu)償用♌的(de)校準數(shu)據Wordl到Word4存(cun)儲在MS5535B的(de)🔴64位PROM中，可(ke)✊通過單(dan)片機MSP430F147的(de)軟件讀(du)出用于(yu)對16位的(de)壓力值(zhi)(D1)和16位溫(wen)度值(D2)進(jin)行💯補償(chang)，得到用(yong)于渦輪(lun)🚶式氣體(ti)流量計(ji)溫度、壓(ya)🌈力補償(chang)的壓力(li)值和溫(wen)度值。圖(tu)2描述了(le)讀取壓(ya)力值、溫(wen)度值和(he)軟件補(bu)償執行(hang)的過程(cheng)。首先，通(tong)過串行(hang)接口讀(du)💃🏻出wordl到word4。下(xia)一一步(bu),用位方(fang)式邏輯(ji)和移🔴位(wei)操作取(qu)出補償(chang)系數Cl到(dao)C6(wordl到word4的位(wei)模式💋參(can)考表2)。然(ran)後單片(pian)機MSP430F147通過(guo)串行接(jie)口讀取(qu)🔞16位的壓(ya)力值(D1)和(he)16位溫⭐度(du)值(D2)。最後(hou)，通過D1、D2和(he)C1到C6運用(yong)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼圖2所示(shi)的運算(suan)法則計(ji)算出補(bu)償後的(de)壓力值(zhi)。
 
 
　　Wordl到Word4、D1和D2是(shi)通過3線(xian)同步串(chuan).行通信(xin)讀取的(de)。MS5535B在SCLK的上(shang)升沿采(cai)樣一位(wei)🌂，并且在(zai)上升沿(yan)發送一(yi)-位，以此(ci)來實現(xian)信⁉️号轉(zhuan)🔱換的🌏同(tong)步。單片(pian)機MSP430F147在SCLK的(de)下降沿(yan)采樣從(cong)MS5535B的DOUT引腳(jiao)輸出的(de)數據，并(bing)且在SCLK的(de)下降沿(yan)将數據(ju)發送到(dao)MS5535B的DIN引腳(jiao)，SCLK信号是(shi)由單片(pian)機MSP430F147産生(sheng)的。輸出(chu)數據的(de)選擇通(tong)過向MS5535B的(de)DIN(數據輸(shu)入)腳輸(shu)入相應(ying)的指令(ling)來實現(xian)。
 
　　如圖3所(suo)示，MS5535B和單(dan)片機MSP430F147的(de)每--次通(tong)訊都是(shi)以單片(pian)機MSP430F147向🐅MS5535B芯(xin)片的DIN腳(jiao)發送一(yi)-個指令(ling)序列開(kai)始的。在(zai)每一-個(ge)指令序(xu)🐇列之前(qian)都有一(yi)🌂一個開(kai)始序列(lie)(3個高電(dian)平1),每一(yi)個指令(ling)👌序列之(zhi)後都有(you)一-個停(ting)止序列(lie)(3位低電(dian)平0)。每一(yi).條指令(ling)有四位(wei)組成，用(yong)于選擇(ze)由M55535B的DOUT腳(jiao)輸出的(de)是壓力(li)、溫度或(huo)是校準(zhun)數據。在(zai)輸出壓(ya)力和溫(wen)度時，在(zai)🔴停止序(xu)列的最(zui)後--位時(shi)，MS5535B的DOUT腳會(hui)輸出-一(yi)個應答(da)👉信号一(yi)低電平(ping)到高電(dian)平的轉(zhuan)換，表示(shi)了--次轉(zhuan)換的開(kai)始。應♉答(da)信号之(zhi)後，單片(pian)機MSP430F147向MS5535B的(de)SCLK腳輸人(ren)2個脈沖(chong)，然後再(zai)輸出低(di)電💞平，保(bao)持MS5535B的SCLK腳(jiao)爲低，直(zhi)到在MS5535B的(de)DOUT腳出現(xian)由高到(dao)低的信(xin)号，表示(shi)轉換結(jie)束。單片(pian)機MSP430F147通過(guo)🐪向MS5535B的SCLK腳(jiao)輸⛱️入另(ling)外的17脈(mo)沖讀出(chu)MS5535B的DOUT腳輸(shu)出的16位(wei)數字。
　　如(ru)果單片(pian)機MSP430F147和MS5535B失(shi)去同步(bu)性，可以(yi)用通過(guo)複位指(zhi)令🌍來🚶‍♀️重(zhong)新啓動(dong)。在每--次(ci)轉換指(zhi)令之前(qian)先向MS5535B的(de)DIN腳發送(song)複位指(zhi)令，以防(fang)🈲止由于(yu)電氣沖(chong)突協議(yi)長久挂(gua)起。
5結論(lun)
　　氣體渦(wo)輪流量(liang)計采用(yong)MS5535B檢測工(gong)作狀态(tai)下的氣(qi)體溫度(du)和壓力(li),用軟件(jian)實現溫(wen)度和壓(ya)力自動(dong)補償。試(shi)驗證明(ming)實驗樣(yang)機實現(xian)了系統(tong)要求的(de)主要技(ji)術指标(biao)。

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