流量积算仪设计毕业设计论文(编辑修改稿)

流量积算仪设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

流体密度的补偿，再由计算单元进行运算，经显示仪表显示出流量值。 由于电信号容易传输，二次仪表可以安装在离现场有一定距离的控制室内，大大方便了对工业现场 流量变化情况的监测。 单元组合仪表具有通用性强、组成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 DDZⅡ 和 DDZⅢ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 系列自动补正积算仪、美国的 DPC 数字补偿仪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。 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内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 6 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 器 ，已经在流量测量领域获得了广泛的应用 [10]。 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 器 就可以顺利地完成。 智能化流量计算控制器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 EmersonProcessManagement公司、 E+H 公司、横河公司、 ABB 公司、 GE Panametrics 公司、上海光华仪表厂等均有相关产品。 流量积算仪的分类 流量积算仪可按下述原则分类。 (1)按所处理的流量信号种类分 常与差压式流量计、电磁流量计、模拟输出涡街流量变送器等配用。 如 DDZⅡ、 DDZⅢ电动单元组合仪表中的比例积算仪、开方积算仪等等。 模拟流量信号常见的有 0～ 10mA、 4— 20mA 和 15V 等。 该类仪表通常由专门生产涡轮流量计等脉冲输出型流量传感器制造厂配套生产， 型号众多。 脉冲信号经整形，一路除以流量系数和倍率，送电磁机械计数仪显示累积流量；另一路送积分电路转换成瞬时流量模拟信号，放大后用作模拟输出和面板显示。 这种积算仪的累积流量精度可做得很高，误差仅为  1 个脉冲，但瞬时流量信号输出和显示，难以高于 级。 采用计算机技术后，精度可明显提高，瞬时流量显示精度一般可达 ~ 级。 以微处理器或单片机为基础的积算仪，多数设计成这种类型，因为单片机具有强大的功能，设计成兼容型比设计成只会 处理一种信号的仪表，所增加的成本微不足道，而具有良好的通用性。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 7 (2)按接受流量信号的能力分 只能接受并处理一路流量信号大多数为这种类型。 目前在生产和使用的积算仪，绝大多数为这种类型。 能接受并处理二路或二路以上的流量信号。 选用此类积算仪，费用可降低些，但操作、使用和维修不如单路型积算仪方便。 (3)按流体种类分 此类积算仪常常与椭圆齿轮流量计、腰轮流量计等配合使用。 有的还引入流体密度、温度补偿。 有的还具有定量控制功能，应用于定量装捅、定量发料。 此类积算仪一般均带流体温度、压力补偿，并在表内装有按理想气态定律进行补偿的数学模型。 此类积算仪型号很多，有些适用于过热蒸汽，带温度压力补偿，有些适用于饱和蒸汽．按压力或温度进行补偿。 从温度压力求取蒸汽密度的方法有用曲线拟合法，也有用查表法，以查表法较准确。 此类积算仪专门与固体流量传感器配套．完成固体流量测量、积算和显示。 此类积算仪一般均以微处理器为基础，功能较强，可与大多数流量变送器、传感器配套，实现多种流体的流量 积算、积算和显示。 通用型将是流量积算仪的发展方向。 [8] 本设计主要完成的任务 本 设计 主要的工作有： (1)了解流 量积算仪组成及工作原理， 重点掌握传感器数据采集方法； (2)根据查阅大量的资料，分析研 究流量积算仪的基本功能，明确流量积算仪的设计思路，选定设计方案 ； (3)确定硬件电路功能模块，根据设计方案和所选硬件模块完成硬件电路设计 ； (4)根据硬件电路及具体功能编写程序，并完成程序调试 ； (5)软硬件联合调试，最终实现瞬时流量和累积流量的切换显示和流量的设定。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 8 第二章 流量积算仪系统 流量积算仪系统概述 流量积算仪是一种应用广泛的智能仪表 , 与各种流量传感器或变送器、温度传感器或变送器和压力变送器配合使用， 流量积算仪的功能就是采集来自现场的模拟量信号 ,并将现场的模拟信号转化为数字信号 ,通过微处理器进行比较复杂的处理和数学运算 (如开方运算、小信号切除、仿真功能、累积速率设置等 ) ,得到瞬时流量值和累积流量值 ,并对这些主要数据进行监测、统计、报表生成、报警等。 在测控系统中，通常采用 PC 作为上位机、单片机作为下位机的分布式结构，这种结构可以方便的对整个工业现场的被测对象进行监控，对地理上分散 的测控系统来说是一种非常优秀的解决方案，整个系统使用灵活、性价比高。 本设计中的流量积算仪系统只研究下位机部分。 其基本功能结构框图如图 21： 单片机I/V 转换打 印显 示电 源差 压 变 送温 度 变 送压 力 变 送被 测对 象通 讯 接 口实 时 时 钟A/D 转换键 盘 图 21 流量积算仪 的基本结构框图 下位机将流体管道内的差压、绝压、温度信号经变送器电路转换为电流信号，再通过 I/V 转换电路后送交 A/D 转换模块， A/D 转换模块将模拟信号转变为数字信号后送至单片机系统，单片机系统对这些数字信号进行相应的标度变换、校正等运算处理后，求得差压、绝压、温度及流量值，累计后得到积算流 量。 单片机系统还负责将数据送交显示模块进行现场显示，控制、读取实时时钟电路的当前时间值，响应键盘输入并完成相内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 9 应操作，通过通信模块与上位机进行交互 操作。 系统中还有电源模块，负责处理系统断电等情况。 流量积算仪硬件部分的设计 硬件设计整体思想 此流量积算仪的核心是单片机，由于单片机只能接收和处理数字量，所以现场的模拟量要经过一个数模转换单元即 A/D 转换；另外，由于来自现场的模拟信号是电流信号，当 A/D 电路对这些信号采集时，一般均将其电流转换成电压信号，所以需要 I/V 转换电路，要对瞬时流量、 累积流量进行显示因此需要显示模块；对流量显示进行参数设置实现人机对话还需要键盘；除此之外还应有时钟电路、电源。 考虑到 实际设计情况的限制， 该设计只研究其中的几部分， 硬件设计的结构框图如下 图 22： 单片机电 源A / D 转 换 4 ~ 2 0 m AI / V 转 换 0 ~ 5 VL E D 显 示键 盘差 压 式 流 量 计 图 22 流量积算仪结构框图 I/V 转换电路 在工业现场检测和控制中， 需要用 A/D 电路 对信号采集和转换，从而由计算机根据得出的信息对现场进行调节控制。 由于现 场各种电的干扰较多，且需将信号通过长线送出，因而必须用电流形式。 通常信号用各种传感器、变 送器或二次仪表，以 0～ 10mA或 4～ 20mA 电流形式送出。 本设计中的差压式流量计，以 4～ 20mA 电流输出以反映 流量输出情况。 当用计算机配接的 A/D 转换 电路对这些信号采集时，一般均将其电流转换成 0～ 5V 或 0～ l0 V 电压信号，然后再采集并转换成数字量， 因而采集 前 对信号的 处理I/V 变换便必不可少。 [12] 在 设计中需要将变送器输出的 4～ 20mA 的电流信号转换为 0～ 5V的电压信号，然后被 ADC0832 采集。 具体的电路见图 23： 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 10 R1250Ω321411AR2870ΩR310KR4100KR5 KR6 KR W 110K+ 12 V 12 VI s 4~ 20 m Au0 0~ 5VUpUnufC1 图 23 I/V 转换电路 在图 23 中由节点方程可知 1n p su u i R 0 3 2 4nfnn uuu u uR R R  故有 0 3 3 3( 1 )2 4 4nfR R Ru u uR R R    若取 R1=250Ω， R2=870Ω， R3 =10K， R4 =100K，调整电位器 RW1 使 fu =，则当 Is=4~20mA 时，可求得 0u =0~5V。 其中， R5=R6=, RW1=10K 放大器采用 LM324， 增 加这级运算放大器可以起到 方便零点处理的作用 [13]。 因为零点信号的时候，会有一个零点电流流过 R1，如果按照 4~20mA 输入电流转换到最大5V 电压来分析，零点的时候恰好就是 1V，这个 1V 在单片机资源足够的时候，可以由单片机软件去减掉它。 可是这样一来 ， 其有用电压就会剩下 51=4V 而不是 5V 了。 由于单片机的 A/D 最大输入电压就是单片机的供电电压，这个电压通常就是 5V，因此，采用上述 I/V 转换电路 无需耗用单片机的内部资源，尤其单片机是采用 A/D 接口来接受这种零点信号不为零电压的输入时，可以保证 A/D 转换位数的资源 能够全部应用于有用信号上。 该电路 对零点的处理是在反相输入端上加入一个调整电压，其大小恰好为输入 4mA时在 R1 上的压降。 有了运算放大器，还使得 R1 的取值可以更加小，因为这时信号电压不够大的部分可以通过配置运放的放大倍数来补足。 这样，就可以真正把 4～ 20mA电流转换成为 0～ 5V 电压了。 同时，线路输入与主电路 之间可能引入干扰信号， 为了防内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 11 止引入干扰信号 加入滤波电容 C1，另外 这个隔离级还可以起到保护单片机系统的作用。 A/D 转换电路 本设计 A/D 转换器选用 ADC0832。 ADC0832 是美国国家半导 体公司生产的一种 8 位分辨率、双通道 A/D 转换芯片。 它体积小，兼容性强，性价比高。 ADC0832 是 8 脚双列直插式双通道 A/D 转换器，能分别对两路模拟信号实现模 — 数转换，可以用在单端输入方式和差分方式下工作。 ADC0832 采用串行通信方式，通过 DI 数据输入端进行通道选择、数据采集及数据传送。 8 位的分辨率（最高分辨可达 256 级），可以适应一般的模拟量转换要求。 其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V 之间。 具有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。 独立的芯片 使能输入，使多器件挂接和处理器控制的更加方便。 以下是 ADC0832的引脚图和简单介绍： CS1C H 02C H 13GND4V c c8C L K7DO6D15A D C 0 8 3 2 图 24 ADC0832 芯片引脚图 CS1C H 02C H 13GND4V c c8C L K7DO6D15A D C 0 8 3 2+5P 2 0P 3 6P 3 7u0 图 25 ADC0832 与单片机的连接图 〔 1〕 ADC0832 特点： 位分辨率； A/D 转换； TTL/CMOS 相兼容； 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 12 电源供电时输入电压在 0~5V 之间； 250KHZ，转换时间为 32μS； 15mW； 、 14P—DIP（双列直插）、 PICC 多种封装； 〔 2〕 芯片接口说明： 片选使 能，低电平芯片使能。 模拟输入通道 0，或作为 IN+/使用。 模拟输入通道 1，或作为 IN+/使用。 芯片参考零电位（地）。 数据信号输入，选择通道控制。 数据信号输出，转换数据输出。 芯片时钟输入。 （复用） 〔 3〕 ADC0832 的工作原理： 正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为 4 条数据线，分别是 CS。