MSP430单片机在电容式靶式流量计控制中的应用

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1、学兔兔www.xuetutu.com《自动化与仪器仪表》2012年第2期(总第l60期)MSP430单片机在电容式靶式流量计控制中的应用卢海林(兰州I交通大学机电工程学院甘肃兰州，73007O)摘要：由于靶式流量计在计量高粘度液体中具有独特的优点，因此在炼油化工领域有广泛的应用。本文详细阐述了电容式靶式流量计的工作原理，给出了MSP430F149单片机的控制框图和软件流程图，并对实验中出现的一系列问题提出解决方案。关键词：液体；电容式；靶式流量‘；单片机Abstract：Becauseoftheuniqueadvantageoftargetflowmeterinmea

2、suringhighviscosityliquids，ithasbeenwidelyusedin0ilrefiningandchemicalindustry．Thepaperdescribesindetailsoperatingprinciplesoftargetflowmeters，givingControldiagramofMSP43OF149SingleChipandsoftwareflowchart,andproposesformulatosolveaseriesofproblemsarisingintheexperiment．Keywords：liquidt

3、arget；capacitive；flowmeter；SingleChip中图分类号：TP368．1，TH814文献标识码：B文章编号：1O01-9227(2012)02-0075-030引言如图l所示，在管道的中心位置放置一个圆盘形靶。靶式流量计是为解决高粘度、低雷诺数流量测量而当流体流过靶时，使靶板正面中心处所受的压力等于流体发展起来的一种流量计。其可测量液体、气体和蒸汽流的动压力，而靶的背面由于形成“死水区”和涡漩造成“抽量，尤其是低雷诺数、含固体颗粒的浆液以及腐蚀性介质吸效应”，使靶的前后有一个压力差，这个压力差对靶面的流量¨。造成一个作用力。传统的靶式流量计

4、存在机械结构复杂、灵敏度低、量当有流体流经管道时，力F和流体平均速度v以及介程范围窄等缺点。近年来，应用较为广泛的主要有应变式质靶板面积A的关系为：靶式流量计和电容式靶式流量计。应变式的结构相对简F：A(1)单，仪表的灵敏度和量程比都有所提高，但是对应变片的，’式中：F为靶板受力；k为阻力系数；p为介质密度；v粘贴加工要求很高，而且应变片直接贴在弹性体上，容易受介质温度变化影响而产生温漂，造成较大计量误差。为流体平均流速；A为靶板面积。2然而，电容式靶式流量计在准确度和抗干扰能力上都有所一由A=及M=P．v．A，整理得出的流量计算关系提高，电容结构拥有温度稳定性好、灵

5、敏度高、分辨力强如下：等优越性，因此电容式靶式流量计将会是靶式流量计今后=klkD(一f1)4PF(2)发展的一个重要方向。p本文主要介绍电容式靶式流量计的测量原理，建立1厅=k，koD(--~一)f二_V(3)数学模型，包括建立流量测量的核心公式。构造硬件框图式(2)、(3)中：Q为流体的质量流量，kg／h；Q为流体和软件流程图，对实验流量数据与标准流量进行比较，同时在靶片材料选取45号钢应对较强的刚性需求。的体积流量，m3／h：k为常系甄k为流量系数(、)：D为管道直径；B为靶板与管道内径之比。1电容式靶式流量计的工作原理当雷诺系数R。大于2030时，流量系数k趋

6、向于一常数，因此体积流量QV和靶所受作用力F的开方呈线性关系。传感器的力转换装置为一差动电容结构，有两组对称安装的电容组成，如图1。差动电容组的两片动电极能随着靶杆的微小偏移而发生位移，而两片静电极位置固定不动。因此，当靶杆发生微小位移后，两组电容的电容极间距都发生了变化：一组电容极间距减小，电容值增大；另一组电容极间距增大，电容值减小。从而原本对称安图1靶式流量计原理装、电容值相同的两组电容产生了一个电容差值。若靶受收稿日期：201卜12—18作者简介：卢海林(1986一)，男，硕士，主要从事智能仪表与检到流体冲击时，受力为F，动电极随靶杆发生微小偏移Ax，测学习、

7、研究工作。而电容原始极间距为d，△x相对于d极为微小，根据电容75学兔兔www.xuetutu.comMSP430单；机在电容式靶式流量讣控制中的应用卢海林动仪表放大器⋯放大后，送入单"机的A／O接口。值公式c．，⋯，-C与偏移△x存在以下关系：(2)由于靶式流量计的流量与被测流体的密度有关，c=c一一C2=蒹c一所以必须实时检测流体的温度及其压力，从实土见村流体cS(d一△—d+6x)密度的修正。4■=了■～A(4)万(一△)(+x)、(3)主摔芯片采用了超低功耗的微摔制器MSP430F149，sSAxCPU将采样的流量、温度、压力信号进行滤波、线