宋艷麗，宋 武

(黃岡職業(yè)技術學院，湖北 黃岡 438002)

?

智能差壓流量計的研究與制作

宋艷麗，宋 武

(黃岡職業(yè)技術學院，湖北 黃岡 438002)

差壓流量計因結構簡單，操作方便得到廣泛應用。本文從流量的特點入手，結合節(jié)流裝置的工作特點，研究的差壓流量計能實時當前流體的質量流量和流體的密度，該流量計能廣泛應用于不同流體的質量流量測量，而且安裝和設置方便，不同的流體只有通過按鍵輸入流量系數(shù)和流體膨脹的校正系數(shù)，按照步驟安裝好后就能實時顯示待測流體的流量。

智能差壓；流量計；實時顯示

流量是指單位時間內流過管道某截面液體的體積或質量。流體的總量對于計量物質的損耗與儲存等具有重要的意義，在日常生活中常常要對一段時間內流過的液體量進行測量，測量總量的儀表一般稱為流體計量表或流量計。工業(yè)應用中,因不同流體的粘度、導電性、腐蝕性等不一樣，因此不同流體的測量方法也不盡相同，市場上為了滿足不同流體的測量要求，流量計的種類也比較多。流量計中差壓型流量計是使用量最廣的一種流量計，廣泛應用于工礦企業(yè)、化工、天然氣等部門，該流量計具有結構簡單、使用壽命長、適應性強、安裝方便等優(yōu)點。本文主要以差壓流量計的設計與應用著手進行研究和設計。

1 測量方案與原理

差壓式流量計又叫節(jié)流式流量計，它是利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產生壓力差的原理來實現(xiàn)流量測量的。在實際測量中，要利用節(jié)流裝置把被測流體的流量轉換成差壓信號，主要原因是安裝在管道中節(jié)流裝置使得連續(xù)流動的流體因流體流通面積突然縮小而形成流束收縮，使得流速加快，擠過節(jié)流孔后，流速又降低。由能量守恒在節(jié)流件前后產生壓力差(靜壓差)Δp=p1-p2，因是節(jié)流裝置，所以有p1>p2。壓力差 p1-p2大小與流過的流體流量之間有一定的函數(shù)關系，根據(jù)壓力差就可以求得流量。質量流量與壓力差的關系式為：

圖1 流量計原理示意圖

為了便于測量，將差壓信號進行放大，濾波，在利用微處理器進行控制，使之能方便記錄、存儲和顯示。在圖1中，利用位移傳感器可以測量出節(jié)流裝置11和22管壁處的流體靜壓力，將壓力的變化通過電橋的作用，使之轉換為電壓的變化，為了便于微處理器能控制，將其信號進行放大和模數(shù)轉換。由于要測量質量流量，在A處的壓力傳感器可以測量得到流體密度的大小(測量密度的原理是A出的容積是標定已知的，通過質量大小除以容積即可以得到)。由此得到測量原理框圖如圖2所示。

圖2 測量原理框圖

2 硬件電路的分析與設計

根據(jù)測量原理框圖，將各個部分的電路設計如下：

2.1 電橋電路

電橋電路是將壓力的變化轉換成電壓信號的變化，在實際測量中先調節(jié)電橋平衡，為了提高精度，減小非線性誤差，選擇將R1和R3加入傳感器，一個增加，另外一個減小。

圖3 電橋電路

2.2 電壓放大電路

由電橋輸入的微弱的信號，通過電壓放大器放大后，便于A/D轉換器處理，采用了差分放大電路，能夠抑制共模信號。

圖4 差分放大電路

2.3 A/D轉換電路的設計

此工作可由單片機內部的10位AD轉換器完成，但發(fā)現(xiàn)單片機的10位AD芯片處理效果不是很好。采用了兩個AD轉換芯片，對輸出的信號轉換，使用單片機控制計算，然后送入液晶顯示其質量流量的大小。

AD1674是一片高速 12 位逐次比較型 A/D 轉換器，內置雙極性電路構成的混合集成轉換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉換功能，只需外接少量的電阻和電容元件即可構成一個完整的 A/D 轉換器。AD8326是TI公司推出的16位高速模數(shù)轉換器，其轉換速度快，線性度好，精度高。電路的連接圖，如圖5和圖6所示。

圖5 AD8326轉換電路

圖6 AD1674轉換電路

2.4 顯示電路

本電路采用12864液晶來實時顯示輸出的流體質量流量和密度的大小。該液晶具有屏幕反應速度快、對比度高、功耗低等優(yōu)點，可以實現(xiàn)友好的人機交互。為了簡化電路，采用串口連接。在單片機的控制下，按照要求的格式顯示接收到的數(shù)據(jù)和字符信息。圖7為液晶顯示的連接圖。其中D0～D7為數(shù)據(jù)口，R/W為液晶讀寫信號，E是使能端。

圖7 液晶顯示電路

3 軟件控制設計

本系統(tǒng)所采集的是電壓放大電路輸出的信號，通過AD轉換后，單片機從而對兩路模擬信號進行處理，并與流量系數(shù) 、節(jié)流件開孔面積F0及ε進行計算，將測得的數(shù)據(jù)用液晶適時的顯示出來，便于觀察。軟件設計流程圖，如圖8所示。

智能技術已成為推動科學技術的關鍵技術,采用智能技術將是傳感器檢測領域的一個重要的發(fā)展方向，所研究和制作的智能差壓流量計只是流量檢測的一個縮影，雖然能根據(jù)流體的性質修改相關參數(shù)，實時顯示流體的質量流量和密度，但達到全智能還有一段距離，一些技術要進一步的深入和完善。

圖8 軟件設計流程圖

[1]宋艷麗.簡易智能電動車的設計[J].電子元器件應用,2012(Z1):63-67.

[2]周民,劉鐵軍,等. 差壓式雙錐流量計研究及實驗分析[J].自動化與儀表,2016(1):14-18.

[3]翟小金,沈新建等. 新型差壓式流量計性能研究[J].自動化儀表,2017(1):81-85.

[4]李定川. 流量計未來發(fā)展方向及應用前景[J].智慧工廠,2016(2):45-49.

[5]宋艷麗,宋武.傳感器與檢測技術[M].合肥工業(yè)大學出版社,2016:110-120.

[責任編輯：倪祥明]

Research and Production of Intelligent Differential Pressure Flowmeter

Song Yanli, Song Wu

(HuanggangPolytechnicCollege，Huanggang438002Hubei)

The differential pressure flowmeter is widely used because of the simple structure and convenient operation. In this paper, from the characteristics of flow, combining with the characteristics of throttling device, the studied differential pressure flowmeter can mass flow and fluid real-time current density, which can be widely used in the measurement of mass flow of different fluids with convenient installation and setup. As long as inputting the flow index and the correction index of fluid expansion through the key for different fluid, in accordance with the steps after installation, it will real-time display the measured fluid flow.

Intelligent differential pressure;Flowmeter; Real time display

2017-03-15

宋艷麗，女，湖北當陽人，講師。研究方向：單片機控制電路設計。

TP602

A

1672-1047(2017)02-0108-03

10.3969/j.issn.1672-1047.2017.02.30