智能化流量积算控制仪研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文系统比较灵活等优点，但这类补偿装置使用的仪表数量多、一次性投资大，且由于模拟电子线路不可能完全跟踪流体的工况变化，因此系统的累积误差较大，一套补偿装置只能进行一个流路的流量补偿。该类型仪表常见的型号有DDZ-2和DDZ-3型电动单元组合仪表。随着电子器件的发展，还出现了专用的自动补偿仪表，如日本生产的ESL系列自动补正演算器、美国的DPC数字补偿器和输出频率信号的流量变送器组成的压力补偿系统。从80年代中期开始，计算机技术的进步使差压式流量计所使用的模拟型二次仪表逐渐被智能型二次仪表所取代。

2、智能型二次仪表以单板机、单片机和其它微控制器技术为核心，配合传感器、变送器，通过采集差压、压力、温度等信号来跟踪流体的工况变化，能够快速准确的计算流量公式中的各个参数，进而获得真实的流量值。凭借计算机在存储能力和运算速度方面的优势，智能型流量计不但可以实现多流路、高精度的补偿，还可以提供显示、打印、通信等附加功能，大大提高了仪表的可靠性和精确性，方便了人们对生产过程的监控，提高了生产管理水平。近年来，随着计算机应用科学、通讯技术和网络技术的进一步发展，以微控制器为核心的智能化流量积算控制仪，已经在流量测量领域获得了广泛

3、的应用[5]。过去需要数台电动单元组合仪表才能完成的计算功能，现在只需一台智能化流量积算控制仪就可以顺利地完成。智能化流量计算控制仪除具备瞬时流量和累积流量显示等基本功能外，还具有补偿修正、通信、报警等辅助功能，可以与其它积算仪一起构成分布式流量测量网络。由于采用了高性能的微控制器与集成化的A/D转换电路，仪表的测量精度也大为提高，从而使流量整体测量水平获得了明显的提升。目前，国内外有许多厂商从事智能流量积算仪的设计生产，EmersonProcessManagement公司、E+H公司、横河公司、ABB公司、GEPan

4、ametrics公司、上海光华仪表厂等均有相关产品。1.3本文的背景和主要内容在长期的使用过程中，孔板、喷嘴和文丘利管等常用节流装置都已实现了标准化，这些标准节流装置结构简单，易于复制，通用性强，价格低廉，因此获得了非常广泛的应用。然而，由于本身结构的缺陷，这些传统节流装置的线3智能化流量积算控制仪研究性度都比较差，量程比较小，重复性和准确性也不高，且容易积污和磨损，节流件使用过程中的压力损失较大，要求的直管段过长，给现场安装带来了很多不便。为了获得更好的测量效果，人们对产生差压的节流装置的优化、改进工作一直没有中断，

5、其中较为成功的有80年代中期提出的V型内锥式流量计[6]，但V型内锥式流量计虽然部分克服了传统节流装置的缺点，却并未能够有效避免压力损失[7]。在此背景下，南京航空航天大学空气动力学系的明晓教授发明了一种新型节流式差压流量计——纺锤体流量计（又名槽道流量计），该流量计以流线型纺锤体作为节流件，与V型内锥式流量计相比，它不仅能够很好地调整流动和保持流动稳定，使得测量重复性和精确度得到了进一步提高，而且完全避免了流动分离，显著减少了压力损失。本文即是以纺锤体流量计为测量前端，将智能流量积算仪与传感器变送电路结合起来，设计出

6、一种新型的高精度智能化流量积算控制仪。目前，国内外很多厂家都有通用压力、温度变送器和通用流量积算仪产品，用通用设备搭建流量测量系统，有设计难度低、周期短的优点。但通用设备为了保证兼容性，常采用标准电流信号作为各个设备间的通信手段，通信过程中反复的A/D、D/A转换不可避免的造成了测量精度的损失。本文为纺锤体流量计设计了专用的传感器变送电路，为积算仪获得精确的差压、绝压和温度信号提供了可靠的保证，结合微控制器强大的运算能力，积算仪可以对介质进行精确的流量计算、积算和补偿。此外，该智能化流量积算控制仪还设计了数码管和矩阵式

7、键盘作为人机交互的接口，并具备多机通信能力，可与其它积算仪一起和上位PC机构成分布式测量网络，大大提高了仪表的实用性和适应能力。文中对纺锤体流量计及积算仪系统的软、硬件设计进行了细致的介绍，并对设计过程中的干扰抑制、系统调试作了论述，最后给出了部分模块的实验结果。4南京航空航天大学硕士学位论文第二章纺锤体流量计1.1流量和流量计2.1.1流量概述工业上通常所讲的流量，是指在单位时间内通过封闭管道或明渠有效截面的流动介质的量。用流体流过的体积与时间之比来表示流量时，称为体积流量（或容积流量）。用流体流过的质量与时间之比来

8、表示流量时，称为质量流量。如果流体的流动是不随时间而变化的流动，即稳定流。那么，体积流量可用流体在单位时间内通过具有一定面积的截面时的体积来表示。质量流量可以用流体在单位时间内通过具有一定面积的截面的质量来表示。当流动为非稳定流时，流量时时刻刻都在变化。这种情况下的某一时刻的流量，可以假定该时刻的流动保持恒定不变，用单位时间内流过