气体流量检测计设计

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1、0前言在工业生产过程中，不可避免地要碰到各种各样的流动介质，如水，气，油以及其他气体或液体的计量问题，流量的精确测量问题等。作为生产过程运行状态监测的一个重要内容，流量检测技术也应运而生。气体流量的测量与控制在热电生产，石油，化工，电力，冶金，食品卫生，轻工等行业都具有非常广泛的应用，因此，气体流量的自动化精确测量越来越为人们所重视。但是，传统的工业气体流量测量仪表只能对气体的瞬时流量进行测控，测控精度普遍较低，且不具备自动化处理能力[1]。在我的毕业设计论文中，以8051单片机为核心，选用结构简单，压力损失小，量程范围宽的涡街流量传感器来测量气体流量大小。先分

2、别检测出被测气体的旋涡频率，温度和压力信号，通过一种输入参数少，计算精度高，操作方便的气体流量算法，将这三种信号代入，计算出标准状态下的气体流量值。然后，要依靠单片机，通过软件进行温度压力补偿，以减小测量误差[2]。接着，在毕业设计中设计了差动模拟输入子系统来进行信号的采集和处理。该子系统包括多路转换器，测量放大器，采样保持器，A/D转换器等，并将该系统与单片机相连。然后，对于输出的代表气体流量大小的数字信号，采用目前常用的键盘及LED显示电路进行显示控制。该部分采用串行设计方法，即静态显示电路，其特点有：占用CPU时间较短，显示稳定，无不适的闪烁，亮度高，软硬

3、件设计简单等。特别的，由于毕业设计的要求是对气体流量进行高精度测量，而在实际工况下，温度和压力的不稳定对气体介质的影响很大，校正的方法是对系统进行温度和压力补偿。在论文中即提出了温度和压力补偿的办法，力求将温度和压力的波动给计量结果带来的误差降至最低[3]。本人毕业设计的气体流量检测计具有自校准功能，精度较高，操作方便，抗干扰能力强。在不改动任何硬件的情况下，可通过改变软件来适应各种不同气体或需求的计量。711气体涡街流量变送器1.1工作原理及信号检测电路1.1.1概述涡街流量变送器是20世纪70年代发展起来的新型流量测量器件，具有结构简单、压力损失小、量程范围

4、宽等诸多优点。在水利，电力，石油，化工等部门，经常需要精确测量和控制气体的流量。气体涡轮流量变送器是人们常用的一种气体流量测量仪表，尤其适合蒸汽、燃气等气体流量的测量。在本论文设计的气体流量测量装置中，要先由变送器将被测流量转换为电信号，再由二次仪表进行流量计算、显示。测量气体流量的温度和压力补偿信号也要送到二次仪表中去处理。整个系统由单片机综合控制，集多种功能于一体，对信号进行智能处理，以达到增强变送器功能、简化测量装置结构的目的。设计中采用这种涡街式流量变送器具有简单的结构，由这种变送器可组成一个低成本、高性能的流量检测装置，也可组成一个大规模的流量测控系统

5、。同时，涡街式流量变送器的压力损失小，量程范围宽，其各项优点都非常适合气体流量的测量。下面就将对这种气体涡轮流量变送器的工作原理进行简单介绍。1.1.2气体流量测量原理1）工作原理涡街流量计是基于流体振荡原理来测量流量。涡街流量传感器结构如图1-1所示[4]。1：旋涡发生体2：流量传感器图1-1涡街流量传感器结构Fig.1-1Structureofvortexflowsensor在流动流体中放置一个轴线与流向垂直的非线性柱形体—旋涡发生体，71使流体产生两列有规律的交替旋涡列，在一定雷诺数范围内，旋涡发生频率和流体平均流速的关系为（1-1）式中为柱形体的特征宽度

6、，为斯特劳哈尔系数，为雷诺数的函数，在雷诺数为500-15000区域，基本为一常数。若流体流通截面积是A，则流体体积流量Q与旋涡发生频率成比例，即（1-2）式中为变送器的仪表系数，。由于气体流量跟气体的温度和压力有关，要将测得的工作状态下的体积流量换算成标准状态下的体积流量，或测出气体质量流量。因此，要同时测出工作状态下的温度和压力，再由单片机按设计好的算法计算取得测量结果。根据气体状态方程，可求得工作状态下气体体积流量换算成标准状态下体积流量的算法为（1-3）式中为标准状态（=101.3，=293）下的体积流量，。为标准状态下被测气体绝对温度，。为标准状态下被

7、测气体绝对压力，。为工作状态下被测气体绝对温度，。为工作状态下被测气体绝对压力，。当压力较高时，则要考虑压缩因子，即（1-4）式中为工作状态下被测气体的压缩系数。测出旋涡发生频率，被测气体的温度和压力，就可求出标准状态下被测气体体积流量，也可求出质量流量为（1-5）式中为标准状态下被测气体密度，。2）信号检测电路设计a．变送器整体结构71目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装上还有很多缺点。气体涡街流量变送器由信号获取单元、信号处理单元和其它辅助电路组成，总

8、体结构如图1-2所示。图