摘要(yao):設計以PIC單(dān)片機爲核(hé)心的 智能(neng)渦輪流量(liàng)計 ，用于蒸(zhēng)汽流量的(de)測量。結合(hé)氣體流量(liang)與密度的(de)特點設計(jì)溫度壓力(li)補償電路(lù)，并用串口(kǒu)液晶顯示(shì)模🐪塊實時(shí)顯示所測(ce)的流量大(dà)小、溫度和(he)壓力，同時(shi)可利用鍵(jiàn)⛱️盤進行💘參(can)數的設定(ding)和修改。該(gāi)方案節省(sheng)了資源，提(tí)高了性價(jia)比，保證了(le)系統的精(jīng)度📞和實時(shi)性。
　　在現代(dài)工業生産(chan)和流通等(deng)領域，流量(liàng)檢測是計(ji)量🔆管理🌍、貿(mao)易結算的(de)第一可靠(kào)性依據，也(ye)是一門實(shi)用🌈性很強(qiang)的檢測技(jì)術;但流體(ti)的複雜性(xìng)決定了流(liú)量檢測的(de)問題也很(hěn)多，氣體流(liú)量的溫度(du)👨‍❤️‍👨壓力補償(chang)問題就是(shi)其中之一(yi)。流量傳感(gǎn)器在測量(liang)同樣介質(zhì)的㊙️流體流(liu)量參數時(shí)都是工況(kuàng)流量，尤其(qi)是氣體,即(ji)便測量結(jié)果相同，由(yóu)于受溫度(du)和壓力的(de)影響,在轉(zhuan)換成标準(zhǔn)流量時結(jie)🔞果往往也(ye)是不一緻(zhi)的。這就産(chan)生📧了流量(liàng)檢測中的(de)溫度壓力(lì)補償問題(tí)。
　　在使用流(liú)量計測流(liú)量時，使用(yòng)者如果不(bú)考慮溫度(dù)壓👉力補🏃‍♀️償(cháng)的話，得到(dao)的結果往(wǎng)往會與正(zheng)确結果大(dà)相徑庭，無(wú)⛹🏻‍♀️法進行貿(mao)🐆易結算或(huò)工藝考核(hé)。液體體積(ji)幾乎不受(shou)壓力影響(xiǎng)，僅和溫度(du)有關，而且(qie)當溫度變(bian)化範圍很(hěn)小時，液體(ti)⁉️體積的變(biàn)化也極小(xiao);但是氣體(tǐ)受壓力、溫(wen)度影響所(suo)引起的流(liú)體特性的(de)變化很大(dà)，在流量檢(jiǎn)測中，氣體(tǐ)流量溫度(du)🌍壓力補償(cháng)的意義重(zhòng)大。
1渦輪流(liú)量計工作(zuò)原理
　　渦輪(lún)流量計 作(zuo)爲最通用(yong)的流量計(ji)具有精度(dù)高、重複性(xìng)好等優點(dian)，廣泛用于(yú)高壓、高溫(wēn)、低溫及微(wei)流量的測(ce)量中。渦輪(lún)流量計是(shi)一種速度(du)式流量計(ji)，它是由渦(wō)輪、軸承、前(qian)置放大器(qi)、顯💃🏻示儀表(biǎo)組成。被測(ce)流體沖擊(jī)渦輪葉片(pian)，使渦輪旋(xuan)轉，渦輪的(de)轉速随流(liu)量的變化(huà)而變化，即(jí)流量大，渦(wō)輪的轉速(sù)也大，再經(jing)磁電🧑🏾‍🤝‍🧑🏼轉換(huan)裝置把渦(wō)輪的轉速(su)轉🐆換爲相(xiang)應頻率的(de)電脈沖，經(jīng)前🙇🏻置放大(dà)器放大後(hou)，送入顯示(shi)儀表進行(háng)計🔴數和顯(xiǎn)示，根據單(dan)♌位時間内(nèi)的脈沖👉數(shù)和累計脈(mò)沖數即可(kě)求出瞬❌時(shí)流量和🌐累(lèi)積流量"。當(dāng)流體沿着(zhe)管道的軸(zhou)線方向流(liú)動、并沖擊(ji)渦輪葉片(pian)時，流經渦(wō)輪變送器(qì)的流體體(tǐ)積流量：
 
2硬(ying)件電路設(she)計
2.1總體設(she)計
　　該系統(tǒng)以PIC單片機(ji)爲控制核(he)心，包括流(liu)量信号采(cǎi)集模塊、溫(wen)度和壓力(lì)信号采集(ji)模塊、鍵盤(pán)以及顯示(shi)模塊5個部(bu)分。流量信(xin)号采集模(mo)塊使用渦(wo)輪流量計(ji)采💋集流量(liang)信号，經過(guo)外圍電路(lù)處理後送(sòng)入單片機(jī)，測💃🏻量其頻(pín)率，用于流(liú)量🌈計算;溫(wēn)度🛀🏻和壓力(li)采集模塊(kuài)将采.集到(dào)的溫度和(hé)壓力通過(guò)A/D轉換後送(sòng)♈入單片機(ji)，用✌️.于氣體(ti)的密度計(ji)算，對氣體(ti)流量進行(hang)補償;鍵盤(pan)模塊實現(xian)對儀表參(can)數的設置(zhi)、各顯示内(nei)容之間的(de)轉換操作(zuo);顯示模塊(kuài)實現瞬時(shi)流量、累積(jī)流量、溫度(dù)和壓力的(de)顯示。系統(tǒng)的總體結(jié)構㊙️圖如圖(tu)1所示。
 
2.2PIC單片(piàn)機
　　pIc單片機(jī)采用哈佛(fo)總線結構(gòu)，精簡指令(lìng),運行速度(du)快，價格低(di)廉，低🐅功耗(hào)，内部具有(you)8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器，最大(dà)有8kX14字節💔的(de)HASH程序存儲(chu)器，工作電(diàn)壓範圍寬(kuān)，帶振蕩式(shi)看門狗，不(bú)㊙️需要任何(hé)外部器件(jiàn)。在該系統(tong)設計中具(jù)有較大的(de)優勢。
2.3流量(liàng)檢測電路(lu)
　　渦輪脈沖(chong)信号經濾(lǜ)波整形放(fang)大後,再經(jīng)過光電隔(ge)離電路後(hòu)進入PC16F877單片(pian)機進行脈(mò)沖頻率測(cè)量，從而測(ce)量出流量(liang)♻️的大小。
2.4溫(wen)度壓力檢(jian)測電路
　　采(cai)壓力傳感(gan)器154n對氣體(ti)壓力進行(háng)檢測。該傳(chuán)感器屬于(yu)壓阻🆚式半(ban)導體壓力(lì)傳感器，用(yòng)電阻構成(chéng)電橋後😍接(jiē)電壓跟随(sui)器送至RA0口(kǒu)。.将Pt100檢測到(dào)的溫度信(xìn)号經A、B兩個(ge)電壓跟.随(suí)器後分别(bie)送至減法(fa)電路和放(fang)大電路，再(zài)經減法器(qì)E後進入單(dan)片機的RA1口(kǒu)。
　　此時有U7E=100UiA-200IB，電(diàn)位器Rv3用來(lái)調零，當其(qí)阻值調至(zhì)和Pt100阻值相(xiàng)同時，此時(shi)U7E爲🌐零，未調(diao)整時即爲(wei)常溫值。其(qi)原理如圖(tu)2所示.
　　爲了(le)提高系統(tong)的測量精(jīng)度,壓力檢(jiǎn)測和溫度(du)檢測均采(cǎi)用IM334恒流源(yuan)向其提供(gòng)恒定的電(dian)流，同時添(tian)加一個電(diàn)阻和一個(ge)二極管以(yi)❓獲得零點(diǎn)漂移操作(zuò)。
 
3.系統軟件(jiàn)設計
3.1總體(tǐ)設計
　　系統(tong)軟件包括(kuo)初始化程(chéng)序、主程序(xu)、中斷控制(zhì)程序、流量(liàng)、溫度、壓力(li)檢測程序(xu)以及鍵盤(pán)顯示程序(xù)等。初始化(huà)程序主要(yào)完成單片(pian)機初始化(hua)和設置計(jì)數方式等(děng)。主程序主(zhǔ)要通過查(chá)詢标志位(wei)SET_RUN和OPERATE來判斷(duàn)程序是運(yun)行狀态還(hai)是設置狀(zhuang)态，然後調(diao)用相應的(de)處理子程(cheng)序。首先開(kai)全局中斷(duan)，允許單片(pian)機響應所(suo)有中斷源(yuan)産生的中(zhong)斷請求;當(dang)單片機查(chá)詢到标志(zhi)位SET_RUN被置位(wei)時，就進入(rù)設置狀态(tài)，對儀表系(xì)數進行設(she)定;進入運(yun)行狀态後(hòu)還要查詢(xun)标志位OPERATE是(shì)否被置位(wei)，被置位後(hòu)就進行溫(wen)度與壓力(lì)的.A/D轉換、流(liú)量的計算(suàn)和數據的(de)儲存。中斷(duan)程序用于(yu)查詢定時(shí)時間，進入(rù)中斷服務(wù)子程序完(wan)成流量采(cai)集、工作狀(zhuang)況“下溫度(dù)和壓力采(cǎi)集，瞬時流(liú)量和累積(jī)流量的計(jì)算。系統主(zhu)流程圖如(ru)圖3所示。
 
3.2流(liú)量溫度壓(ya)力信号采(cǎi)集
　　流量信(xin)号的采集(ji)主要通過(guo)計數器MR0中(zhong)斷服務程(cheng)序完成，采(cǎi)用定時器(qi)模式，定時(shi)時間設爲(wei)1so定時時間(jiān)到，比較寄(jì)存器裏面(miàn)的内容，大(da)于1s則對計(jì)數器IMR1讀數(shù)，以獲得流(liu)量信号的(de)頻率，并清(qīng)零;小于1s,則(ze)加1後結束(shù)。
　　溫度和壓(ya)力信号的(de)采集是通(tong)過PICI6F877單片機(ji)内部的ADC模(mo)塊将其轉(zhuǎn)🌈換成數字(zi)量，采樣完(wan)成後計算(suàn)出溫度和(hé)壓力值，并(bing)将這兩個(gè)數值在液(yè)晶屏上顯(xian)示出來。.
3.3鍵(jiàn)盤顯示
　　設(shè)置3個鍵盤(pan)，利用電平(píng)變化中斷(duàn)功能來實(shí)現，采用延(yan)時去抖法(fa)，按鍵有效(xiào)就進入按(an)鍵處理程(chéng)序。F表示💞功(gōng)能鍵，用KI來(lái)表示，每按(àn)一🍓-次表示(shì)在流量顯(xian)示和溫度(du)、壓力顯示(shì)間切換，-表(biǎo)示移位鍵(jian)，用K2表示，↑爲(wèi)增加鍵，用(yòng)K3表示。如果(guo)F+→(即Kl+K2)被按下(xia)，則設置标(biāo)志位置1,主(zhǔ)程序查詢(xún)到其置1後(hou)，就進入設(she)置狀态。在(zài)該狀态下(xia)，→(K2)鍵定義🌈爲(wèi)移位鍵，以(yǐ)閃爍表示(shi)光标所💃在(zai)位，每.按一(yī)次，閃爍移(yi)到下一位(wèi)，到最後一(yī)位回閃第(di)一💘一位。↑(K3)定(ding)義爲增✨加(jia)鍵，對光标(biāo)所在位💯的(de)數值進行(hang)修改，每按(àn)--次，循環增(zēng)加一個定(dìng)義單位，定(dìng)義單位視(shì)參數類型(xíng)而⭐定。當程(chéng)序查詢到(dào)↑+→(K2+K3)被按下時(shí)，就把累積(jī)流量清零(líng)，并把标🔴志(zhi)位置1,當查(cha)詢到F(K1)鍵被(bei)按下時，每(měi)按-一次，在(zai)流量顯示(shi)和溫度、壓(yā)力顯示之(zhī)間🔱切換。
采(cai)用段式液(ye)晶顯示器(qì)LCM103來顯示瞬(shùn)時和累計(jì)流量，同時(shi)實時顯示(shì)💛溫度和壓(ya)力"。
4溫壓補(bǔ)償的實現(xian)
　　一般來說(shuō)，在生産中(zhōng)大多要求(qiu)得到氣體(tǐ)的質量流(liú)量，由于氣(qi)體體積受(shòu)溫度和壓(ya)力的影響(xiang)太大,在溫(wēn)度和壓力(lì)🤟不斷👣變化(huà)的環‼️境中(zhōng)得出的流(liú)量需要補(bǔ)償換算。
　　在(zai)得到了渦(wō)輪流量計(jì)輸出的流(liú)量信号、測(cè)量介質的(de)🐪溫度💞和壓(yā)力後，就可(ke)以進行飽(bao)和蒸汽質(zhi)量流量的(de)實時計算(suàn)了。由公式(shi)(2)可知，頻率(lü)f已經通過(guò)IMR1計數器🔆測(cè)得，隻要再(zài)得到密度(du)Q就可以計(jì)算飽和蒸(zheng)汽的質量(liàng)流量了。飽(bao)和蒸汽的(de)密度Q和它(tā)的溫度👅壓(yā)力有關，其(qí)關系如表(biao)1所示。可以(yi)看到，密度(dù)Q隻是⛷️溫度(du)或者壓🌈力(li)的函數，而(ér)💯不是它們(men)兩個參數(shù)的函數,所(suo)以☁️隻要通(tong)過表1的⚽數(shù)據拟合出(chū)一條溫度(du)-密✨度(或者(zhe)壓力.密度(du))的曲線，測(cè)出溫度(或(huò)者壓力)值(zhi)就可🛀🏻以得(dé)到密度值(zhi)。拟合溫度(dù)-密度曲線(xiàn)或者壓力(lì)-密度曲.線(xian)均可，但溫(wen)度和壓力(li)都要顯示(shi)出來。
 
　　由溫(wen)度的A/D采樣(yang)值和密度(du)值間的關(guan)系式，根.據(jù)公式🌈(2)就可(ke)以進行流(liu)量的質量(liang)流量計算(suan)。
5結束語
　　基(ji)于PIC單片機(ji)的智能渦(wō)輪流量計(ji)設計，節省(sheng)了資源，提(ti)高📐了系統(tong)性價比，同(tóng)時又由于(yú)采用了合(hé)理的溫度(dù)壓🥵力檢🔞測(ce)方法和新(xin)的補償方(fang)式，可以盡(jìn)可能地消(xiao)除系統誤(wù)差，較爲快(kuai)速正确地(di)計算溫度(du)壓力變化(hua)時流體的(de)密度和流(liu)量值，保證(zhèng)了系統🈲的(de)精度和實(shi)時性，具有(you)較好的應(ying)用價值。

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