摘要:介紹(shào)了一種渦(wō)輪式氣體(ti)流量計 的(de)溫度.壓力(lì)補償方法(fa)，該方法采(cai)用MS5535B傳感器(qì)測量被測(cè)氣體的溫(wēn)度和壓力(lì)，采用軟件(jian)方法進行(háng)補償。
0引言(yán).
　　氣體的流(liú)量通常用(yong)體積流量(liang)來表示，體(tǐ)積流量是(shì)指單位🙇‍♀️時(shí)間🏃‍♀️内通過(guò)管路任一(yi)截面的氣(qi)體體積。但(dan)是由于氣(qì)體分子排(pai)列松散，随(sui)着溫度或(huo)壓力的變(biàn)化，分子間(jiān)距會發生(sheng)變化，體積(ji)也會發生(shēng)相應的變(bian)化。體積與(yǔ)💋壓力成反(fǎn)比，與溫度(du)成正比，在(zai)溫度和壓(yā)力變化的(de)情況下，無(wu)法計量和(he)比較氣體(ti)的體積流(liu)量，需要将(jiāng)其統🐕--轉換(huan)爲标準狀(zhuang)态下的體(ti)積流量。工(gōng)程上氣體(tǐ)流量--般都(dōu)以标準狀(zhuàng)态下的體(tǐ)積流量來(lai)表示。因此(ci)，需要對工(gōng)作狀态下(xià)測得的氣(qi)🙇‍♀️體流量進(jin)行溫度、壓(ya)力補償。
1渦(wō)輪式氣體(tǐ)流量計的(de)溫度、壓力(lì)補償方法(fǎ)
　　渦輪式氣(qì)體流量計(ji)直接測量(liàng)的是工作(zuò)狀态下氣(qi)體的體積(jī)流㊙️量，标準(zhun)狀态下氣(qi)體的體積(ji)流量爲:
 
　　式(shì)中qvn、qv-分别爲(wei)标準狀态(tài)和工作狀(zhuang)态下的體(tǐ)積流量🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，m³/h;p、T、Z-分(fen)别爲工.作(zuo)🔴狀态下絕(jue)對壓力(Pa)，熱(re)力學溫度(du)(K)和氣體壓(ya)縮系數;pn、Tn、Zn一(yī)分别爲标(biao)準狀态下(xià)絕對壓力(lì)(Pa)，熱力學✂️溫(wen)度(K)和氣體(tǐ)壓縮系數(shu)。
　　由于被測(ce)氣體所處(chu)狀态壓力(li)較低，且溫(wēn)度大大高(gao)♻️于臨界溫(wen)度，因此可(ke)以按理想(xiǎng)氣體計，這(zhè)時氣體壓(ya)📱縮系數取(qǔ)爲1甲。将測(cè)量得到的(de)工作狀态(tai)下的溫度(dù)🍓和壓力數(shù)值帶入(1)式(shì)，即可得到(dào)補償後的(de)氣體流量(liàng)數值。
2溫度(du)、壓力測量(liàng)用傳感器(qì)
　　工作狀态(tài)下的溫度(du)、壓力數值(zhí)可采用型(xíng)号爲MS5535B的集(jí)成壓力傳(chuan)感器來進(jìn)行測量。MS5535B的(de)主要功能(neng)是将從壓(ya)阻式壓力(lì)傳感器輸(shu)出的未經(jing)補償模拟(nǐ)電壓值轉(zhuǎn)換爲16位的(de)數字量,同(tóng)時提供-一(yī)個傳感🏃🏻‍♂️器(qì)溫度的16位(wèi)🔅數字量。該(gai)芯片具有(you)如下特點(diǎn):
1)0一14bar的絕對(dui)壓力範圍(wei)
2)芯片中存(cún)有用于軟(ruan)件補償的(de)6個系數
3)15位(wèi)的ADC
4)3線串行(hang)接口
5)1個系(xi)統時鍾(32.768kHz)
6)低(di)電壓低能(néng)量消耗
7)供(gòng)電電壓在(zai)2.2V~3.6V
8)低電壓電(dian)流
9)-40~+125℃工作溫(wēn)度
　　MS5535B有8個引(yǐn)腳，引腳定(dìng)義和功能(neng)如表1所示(shi)。
 
3溫度、壓力(lì)測量傳感(gǎn)器與單片(piàn)機的接口(kǒu)電路設計(ji)
　　MS5535B與單片機(ji)MSP430F147的通信是(shì)通過3線同(tóng)步的串行(háng)接口實現(xian)的。圖1爲壓(yā)力傳感器(qi)MS5535B和單片機(jī)MSP4320F147的硬件連(lian)接圖。單片(piàn)機MSP430F147的P2.1引腳(jiao)輸出⁉️同步(bu)🏒串行🏃🏻時鍾(zhōng)信号，P2.4引腳(jiao)采樣由MS5535B輸(shū)出的數據(ju)，P2.2引腳輸出(chu)數據給MS5535B,P2.0引(yin)腳向MS5535B輸出(chū)32.768kHZ的主時鍾(zhōng)信号。
 
4軟件(jiàn)設計
　　MS5535B輸出(chū)的電壓與(yǔ)溫度和測(cè)量過程的(de)誤差有很(hen)大關系，所(suo)💞以需💛要補(bǔ)償這些影(yǐng)響。補償是(shi)通過單片(piàn)機MSP430F147軟件補(bǔ)償來實現(xian)的。補償用(yòng)的校準數(shu)據Wordl到Word4存儲(chǔ)在MS5535B的64位PROM中(zhong)，可☎️通過單(dān)片機MSP430F147的😘軟(ruan)件讀出用(yong)于對16位的(de)壓力🙇🏻值(D1)和(hé)16位溫🥵度值(zhi)(D2)進行補償(cháng)，得到☔用于(yú)渦輪式氣(qi)體流量計(ji)溫度、壓☁️力(lì)補償的壓(ya)❗力值和溫(wen)度值。圖2描(miao)述了讀取(qu)壓力值、溫(wēn)度值和軟(ruan)件補償執(zhí)行的過程(cheng)。首先，通過(guò)串行接口(kou)讀出wordl到word4。下(xia)一一步,用(yong)位方式邏(luó)輯和移位(wèi)操作取出(chu)補償系數(shu)Cl到C6(wordl到word4的位(wei)模式參考(kao)表2)。然❌後單(dān)片機MSP430F147通過(guo)串行接口(kou)讀取♉16位的(de)壓力值(D1)和(hé)🛀🏻16位溫🐕度值(zhí)(D2)。最後，通過(guo)D1、D2和C1到C6運用(yong)圖2所示的(de)運算法則(zé)計算💁出補(bǔ)償後的壓(yā)力值。
 
 
　　Wordl到Word4、D1和(hé)D2是通過3線(xiàn)同步串.行(háng)通信讀取(qu)的。MS5535B在SCLK的上(shàng)升沿采樣(yang)一🌏位，并且(qiě)在上升沿(yan)發送一-位(wèi)，以此來實(shi)現信号轉(zhuǎn)換的同步(bù)。單片機MSP430F147在(zai)SCLK的下降沿(yán)采樣從MS5535B的(de)DOUT引腳輸出(chū)的數據，并(bìng)且在SCLK的下(xià)降沿将數(shù)據發送到(dao)MS5535B的DIN引腳，SCLK信(xìn)号是🈲由單(dān)片機⛱️MSP430F147産生(sheng)的。輸出數(shù)據的選擇(ze)通過向MS5535B的(de)DIN(數據輸入(ru))腳輸入相(xiang)應的指令(ling)來實現。
 
　　如(rú)圖3所示，MS5535B和(he)單片機MSP430F147的(de)每--次通訊(xun)都是以單(dan)片機MSP430F147向MS5535B芯(xin)片的DIN腳👄發(fa)送一-個指(zhi)令序列開(kāi)始的。在每(měi)一-個指令(ling)序🏃🏻‍♂️列之前(qian)都有一一(yī)個♋開始序(xù)列(3個高電(diàn)平1),每一個(gè)指令序列(lie)之後都有(you)一-個停止(zhǐ)序列(3位低(di)電平0)。每一(yī).條指令有(yǒu)四位組成(chéng)，用于選擇(ze)由M55535B的DOUT腳輸(shu)出的是壓(yā)力、溫度或(huò)是校準數(shù)據。在輸出(chu)壓力🍓和溫(wen)度時，在👌停(tíng)止序列的(de)最後--位時(shi)，MS5535B的DOUT腳會輸(shū)出-一個應(yīng)答信号🔴一(yi)低電平🤞到(dào)高電平的(de)轉換，表示(shì)了--次轉換(huàn)的開始。應(yīng)答信号之(zhī)後，單片機(jī)MSP430F147向MS5535B的SCLK腳輸(shu)人2個脈沖(chong)，然後再輸(shu)出低電平(píng)，保持MS5535B的SCLK腳(jiǎo)爲低，直到(dao)在MS5535B的DOUT腳出(chu)現由高✍️到(dào)低的信号(hào)，表示轉換(huàn)結束。單片(pian)機MSP430F147通過向(xiàng)MS5535B的SCLK腳輸入(rù)另外的17脈(mò)💰沖讀出MS5535B的(de)DOUT腳輸出的(de)16位數字。
　　如(ru)果單片機(ji)MSP430F147和MS5535B失去同(tong)步性，可以(yi)用通過複(fú)位指令來(lái)📞重新啓動(dong)。在每--次轉(zhuǎn)換指令之(zhī)前先向MS5535B的(de)DIN腳發送複(fú)位🈲指令，以(yǐ)防止由🌐于(yú)電氣沖突(tu)協議長久(jiǔ)挂起。
5結論(lùn)
　　氣體渦輪(lun)流量計采(cai)用MS5535B檢測工(gōng)作狀态下(xià)的氣體溫(wen)🈲度和壓力(lì),用軟件實(shí)現溫度和(he)壓力自動(dong)補償。試驗(yàn)證明實驗(yan)樣機實現(xiàn)了系🙇🏻統要(yao)求的主要(yào)技術指标(biao)⁉️。

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