溫壓補償氣體渦輪流量計量表

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作者：流量計廠家發布日期：2018-11-02 點擊：人次

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在物資量計量領域中，流體流量的檢測與控制是各行各業加強物料辦理、能源辦理，進行物資交接、財務結算，經濟核算，效益分析與評價及至決策的重要依據；也是企業監控生產進程，使其保護優質、高效、安全、平穩運行和改善環境的重要手法。溫壓補償氣體渦輪流量計是一種速度式儀表，它具有壓力丟失小、精確度高、始動流量低、抗振與抗脈動流性能好等特點。現在國內所生產的渦輪流量計產品大多只有簡單的計數顯現器，客戶無法直接從管路中氣體流動情況了解流量計實際運行情況。

本文《溫壓補償氣體渦輪流量計》介紹了一種帶溫度壓力補償的氣體渦輪流量計的規劃，通過溫壓補償，把工況的流量轉換成標準情況的流量，同時本裝置選用了低功耗的單片機以及液晶顯現等，大大延伸了電池的運用壽命。

溫壓補償氣體渦輪流量計

1、溫壓補償氣體渦輪流量計體系概述：

1．1、體系組成：

氣體渦輪流量計由霍爾傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、MSP430F149單片機、液晶顯現電路、存儲電路和軟件組成。體系框架圖如圖 1所示，其中單片機為氣體渦輪流量計的核心，本體系選用 TI的 MSP430F149 單片機，其zui杰出的優點是超低功耗，能有用延伸供電電池的運用壽命［1］。氣體渦輪流量計的渦輪旋轉一周霍爾傳感器產生一個電脈沖信號，通過信號處理電路輸入單片機，溫度和壓力傳感器采集的信號經信號處理電路同樣輸入單片機，單片機進行運算處理。所得的流速和流量數據選用2 總線存儲到2存儲器中并顯現在液晶顯I CE PROM示器上。

圖 1 體系框架圖

溫壓補償氣體渦輪流量計體系框架圖

體系軟件包括體系初始化模塊，信號檢測模塊，數據處理模塊，液晶顯現模塊，數據存儲模塊以及守時中止服務模塊等。

1．2、體系工作原理：

該規劃能實時將氣體流速精確地顯現出來同，時核算并顯現累計流量。氣體流過渦輪流量計推動渦輪旋轉渦輪每旋轉一次霍爾傳感器輸出一個，電脈沖電脈沖信號經處理電路輸入單片機，由單片機核算出流速而此時的流速為工況非標準狀，（況）下的流速因為氣體密度受氣體溫度和壓力影響，不同的溫度和壓力環境下所測氣體體積會有差別，所以必須轉化成標準情況（20，0．1013MPa或者0 ，0．1013MPa）下的氣體流速，此進程是由單片機參閱溫度和壓力傳感器所測的溫度和壓力值通過核算所完成的，同時每秒鐘進行一次流量積累核算從而得出累計流量［2］。將單片機核算得出的標況下的流速和流量存儲到串口數據存儲器，并將流速實時顯現在串口液晶顯現模塊上。

2、體系硬件規劃：

2．1、單片機的選擇：

單片機為本體系的核心，因此選擇合適的單片機至關重要，考慮到流量計體系低能耗方面的要求，本體系選用 TI 公司的 MSP430F149 單片機，它是一款專門為低功耗而規劃的高性能 16 位單片機，體系中有一種活動形式 AM 和 5 種低功耗形式LPM0～LPM4，根據體系運行時運用的功用模塊不同，選用不同的工作形式，它支持多種中止源，用中止請求將 CPU 喚醒只需要 6μs。通過對單片機編程可有用降低體系的功耗。 MSP430F149 單片機結合了TI的高性能模擬技能，含有豐厚的片內外設包，括：看門狗（WDT），守時器A（Timer－A），守時器B（Timer－B），模擬比較器A，硬件乘法器，12位ADC，串口0，1（USART0，1），直接數字存取（DMA），根本守時器（Basic Timer）等。如此豐厚的片內外設為系

統的單片解決方案提供了極大便利。

2．2溫度、壓力傳感器的選擇

溫度和壓力傳感器選擇的原則是：在保證精度的前提下，zui大限度降低功耗。本體系選用壓力傳感器芯片 MS5535B，它是一個集成度高，功用強大的集成芯片，由一個硅壓阻傳感器和一個集成傳感器接口電路組成，測壓范圍為（0～14）bar，供電電壓2．2V～3．6V，工作溫度（－40～125）℃ ，具有低供電電壓、低功耗的特點。溫度傳感器選用 TI 公司的TMP102 低功耗數字傳感芯片，在－25 ～＋85 的量程內精度為 0．5 ，要求輸入電壓為 1．4V～3．6V，丈量信號由雙線串行接口輸出，它有很低的工作電流，工作狀態供電電流為 10μA，休眠形式下電流為 1μA，完全符合本規劃低功耗的要求。

2．3、溫壓補償氣體渦輪流量計存儲電路和液晶顯現電路：

本規劃中將所核算出的流速、流量等數據存儲在存儲器中，選用 I2C 總線的 E2PROM 存儲器24C16，24C16 是串行的 E2PROM 存儲器，存儲容量達到 16K，SCL 為時鐘線，SDA 為數據線，原理圖如圖 2 所示，其中 SCL2 接單片機 P4．6，SDA2 接單片機 P4．5［3－4］。

圖 2 24C16 E2PROM 存儲器原理圖

為了達到低功耗的要求，本規劃選用 HT1620存儲器映射的多功用 LCD驅動器，其操作電壓為 2．4V～3．3V，3V 時操作電流小于3μA，低操作電流有用地降低了液晶模塊的功耗，其顯現段數為 128（32×4），內部集成有LCD 控制器，LCD 驅動器和RAM。單片機和HT1620 的連線如圖3 所示，其中P2．3 連接HT1620 的片選端，P2．0 連接數據線，P2．1和 P2．2分別連接讀寫控制線

圖 3 單片機與液晶顯現模塊連線圖

3、溫壓補償氣體渦輪流量計系統軟件規劃：

3．1、數據處理進程：

此體系的應用程序首要由主程序和中止處理程序組成。其中主程序和中止處理程序分別由多個子程序構成。主程序首要包括：體系初始化程序，LED 顯現子程序等。中止處理程序首要包括：流量檢測子程序，溫度壓力檢測子程序，按鍵輸入子程序，流量補償算法子程序等。流量計初度上電時體系初始化，顯現歷史流量數據、當前的時間、壓力、溫度和電池電量。在無操作的情況下延時一段時間后 LCD自動封閉顯現，進入低功耗形式 3（LPM3）狀態。當體系發生中止事情時，CPU從低功耗的形式中被喚醒，并判斷是何種中止事情，進而進入中止處理程序。

3．2、程序軟件框圖：

體系上電開機后首先進入初始化模塊，然后進入低功耗形式 3（LPM3）狀態并判斷有無中止，若無中止，體系自動返回；如有中止，單片機運行中止處理程序，進行相應處理，中止操作進行完之后再一次進入低功耗形式 3，進而等待下一次終端操作。程序流程圖如圖 4所示。

圖 4 體系程序流程圖

4、溫壓補償氣體渦輪流量計實驗和數據分析：

通過試驗，本流量計的精度能保持在流量為 0．2Qmax（含0．2Qmax）～Qmax（Qmax 為zui大流量）時精度為±1．0％R（R為流量），Qmin～0．2Qmax（Qmin為zui小流量）時精度為±1．5％R，重復性小于等于根本誤差的 1/3，各項指標根本滿足技能任務書的要求。

溫壓補償型氣體渦輪流量計的工作原理：

傳感器內的渦輪在流體作用下產生旋轉，使信號檢測器的磁場產生變化，因此在信號檢測器的線圈中感應出交變電壓，在通過放大器放大、濾波、整形輸出方波信號。此信號電壓的頻率與葉輪的轉速成正比，即與流體的流量（流速）成正比。

溫壓補償型氣體渦輪流量計的應用：

溫壓補償型氣體渦輪流量計的應用是80年代興起的一種丈量技能，其優點在于量程范圍寬、維護簡單、介質適應性強等。現在，它在蒸汽和其它氣體丈量中逐步取代其它類型的流量計，得到廣泛應用。hart協議是美于80年代提出的一種用于現場智能儀表和控制室設備通訊的協議，它具有兼容4~20ma模擬信號與數字通信的性質。溫壓補償型氣體渦輪流量計是在現有渦輪流量計的基礎上，加入溫度和壓力參數的丈量，并將hart通訊協議引進流量計中，規劃出集溫度、壓力、流量丈量于一體的帶有hart協議的溫壓補償型氣體渦輪流量計。經研究表明，這種渦輪流量計不只具有溫壓補償功用，而且完成了與上位機的遠程操作，具有廣闊的發展前景。

溫壓補償型氣體渦輪流量計特點：

優質合金渦輪，具有更高的穩流和耐腐蝕作用進口優質專用軸承，運用壽命長計量室與通氣室隔絕，保證了儀表的行流安全性溫壓補償型氣體渦輪流量計可檢測被測氣體的溫度、壓力和流量，能進量自動跟蹤補償，并顯現標準狀態下（pb=101.325kpa,tb=293.15k）的氣體體積累積量；可實時查詢溫度壓力數值流量范圍寬（qmax/qmin≥20:1)，重復性好，精度高（可達1.0級），壓力丟失小，始動流量低，可達0.6m3/h智能化儀表系數多點非線性修正。

內置式壓力、溫度傳感器，安全性能高、結構緊湊、外形漂亮溫壓補償型氣體渦輪流量計具有防爆及防護功用，防爆標志為exiaⅱct6gb，防護等級為ip65體系低功耗工作，一節3.0v10ah鋰電池可連續運用3年以上儀表系數、累計流量值掉電十年不丟。

溫壓補償型氣體渦輪流量計不只具有普通儀表的量程、零點、單位轉換等功用外，而且完全符合hart協議的要求，可與上二位機進行遠程操作，由上位機遠程讀取瞬時流量、累積流量等參數，或對量程、零點、單位等進行設置，便于實時監控。同時，因為引進了溫度、壓力信號的補償。溫壓補償型氣體渦輪流量計的丈量精度大為提高。因此，這種帶有hart協議的溫壓補償型氣體渦輪流量計在國內必將具有杰出的發展前景。

5、寫在zui后：

本文介紹了基于 MSP430單片機的氣體渦輪流量計的規劃方法，因為該方案從硬件、軟件兩方面進行低功耗的規劃，因而體系功耗明顯降低，有用延伸了供電電池的運用壽命。

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