流量检测装置说明书

1、平均流速是，密度是p，横截面积是。.IP2图差压流量计工作原理图根据流体流动连续性原理有如下关系式:p. p如果流体是液体，可认为在收缩前、后其密度不变:p = p = p根据瞬时流量的定义，即单位进度内流体流经管道或明渠某横截面的数量, 瞬时流量：（）（）所以液体的体积（）根据伯努利方程（能量守恒定律），在水平管道上二，则有如下关系式:()流量检测装置设计技术指导文件一、装置需求：.点流量差压信号的采集。用键盘输入流量系数，输入时可显示。2. 范围，采集周期，信号，分辨力。3. 要求运用数字滤波（方法自选）。4. 计算瞬时流量（）、累计流量（），并显示。5. 制作人员可随时修改流量系数和切换

2、显示内容（瞬时累计流量）二、设计技术指导文件要求：1. 系统构成框图及构成说明，包括主要部件的选型及依据。2. 与转换芯片连接的电原理图。3. 程序框图，包括主要进程安排。4. 采集、数字滤波、流量计算程序清单。三、差压式流量计基本理论.节流装置工作原理差压式流量计是根据伯努力方程和流体连续性原理用差压法测量流量的，其节流装置工作原理如图所示，在横截面处：流体的平均流速是，密度是p，横截面积是。在横截面处：流体的应用伯努利方程和流动连续性原理，在两个横截面上压力差则有如下关系式:()将（）代入（）式，并整理，则得:()由于|,1远1|，定义直径比hJI ，其中为工作状况下节流件的等效开孔直径，

3、为管道直径，则得到:这样可推导出以下的理论流量公式:（）（）又由于流量系数的定义是: 体积流量的实际流量公式：实际流量理论流量，可得出节流式差压流量计普遍适用的测量其中，£为被测介质的可膨胀性系数：对于液体。对气体、蒸气等可压缩流体V 。根据累计流量的定义，即在某一段进度内流过某横截面流体的总量， 所以液体的体积累计流 量为：（）因此，我们只要检测出差压即可分别计算出瞬时流量和累计流量的大小。.差压变送器工作原理在采用差压方式进行流量测量时，其流量 与差压 呈非线性关系，即差压信号与流量之 间存在一个开方关系。为了线性的表达流量，需要对测量系统总的流量信号进行一次开放运算， 具体如下

4、：.即:应用实例：求测量范围为，输出的带开方差压变送器，输入差压值时的输出电流为多少?输入时的输出电流四、差压式流量计硬件设计差压式流量计整体设计框图如图所示，第一步安装在管道中的多个节流装置检测出流体差压I ,送入差压变送器转换为相应电流（）。然后控制多路模拟开关选择输出一路电流到放大器，使其转化为相应电压（）。最后信号由采样后导入到（同时选通第二路电流信号）A差压变送器A节流装置r差压变送器甲、%节流装置差压变送器mJ对多路数据进行处理并显示节流装置00枣、放大器A/DDSP显示 |SI键盘图差压式流量计整体设计框图1.节流装置的选型根据装置需求 点流量差压信号的采集，范围，本设计选用（）

5、流量计（多点测量平均流速流量计）。每个流量计有点流量信号的采集，相比其他只能点流量信号采集结构的流量计而言， 精度高。同时流量范围（）远超过设计指标要求。流量计是一种用于测量管道中液体，气体或蒸汽等流体流量的新型的差压式流量计。流体 的流量正比于流量计差压信号的平方根，用户只需配用差压计及流量显示积算仪就可以得到准 确的流量测量。.（）与一般的速度式流量计的区别 ：例如：皮托管流量计一测量的是某个点的流速。均速管流量计一测量的是管道纵向或横向 分布的平均流速。而流量计是测量分布在管道截面上多个点（测量点是严格按切比雪夫积分法 选取在管道横截面上）的流体流速并最终得到准确的管道平均流速测量，因此

6、它具有良好的流 量测量准确度。.（）与一般节流式差压流量计的区别：与节流式孔板流量计、型内锥式流量计等相比。流量计的管道压力损失很小，仅为普通孔 板流量计的，是一种节能式流量测量仪表。由于测量是通过管道截面多点平均流速的测量来实现的，因此流量计对前直管段要求相对 较低，一般表前有倍的直管段就可以满足测量要求， 而表后只要有倍的直管段就可以满足要求。场取压差压测量技术措施可抑制测量噪声，提高信号测量的准确性，测量范围度一般可达 到：或更大。流量计的结构如图所示。图流量计的结构图用流量计测量流量的关键是如何确定特征点（即流速测量点的分布）。目前比较常用的有 等环面法、切比雪夫积分法和对数线性法。等

7、环面法将半径为的圆管分成个面积相等的同心圆环（最中间的为圆）。在每一个圆环的 等面积处设置测量点，即特征点位置。半径方向上个测量点的位置为、，切比雪夫积分法是利用切比雪夫插值点求函数在区间-到的积分的一种近似算法。经过变 换，可以求得管内半径方向的测点位置对数线性法选择特征点的原则是把各环面上的平均速度看作是该环面上各特征点所测得的 速度的算术平均值。而整个截面上的平均速度就等于各环面平均速度的算术平均值。流量计是严格按照切比雪夫法选取分布在管道上的流速测量点的，其分布图如图如下：FILE图流速测量点分布示意图流量计为低压差设计，因此测量气体时一般不必考虑气体膨胀系数的影响。只有在低压系 统中

8、使用（例如常压系统气体流量测量），差压值与系统压力比（）大于时需要考虑气体 膨胀性对测量的影响。.因此，流量计是一种新型的高性能的流量测量仪表。其参数指标如下:DU工戟!1旱晶牌ZL型号MPA-2类型差压式流量计刮量范围1-15000( m3/hl牯度等级0.5茲称通径40-600( mm)适用介爾工作區力20C MPa>工作温度 600 （ X；）.差压变送器的选型根据装置需求输出电流，另外考虑到测量范围、精度等级及工作温度等多种因素，本设计 选择电容式差压变送器。输出电流（）,测量范围（），精度等级，工作温度摄氏度，优于装置 需求。电容式差压变送器结构图如图所示。.图差压变送器结构图

9、产品特点:超级的测量性能，用于压力、差压、液位、流量测量。精度高：数字精度（）。模 拟精度（）（）。 量程、零点外部连续可调，量程比：。正迁移可达、负迁移可达。 稳定性能好，稳定性：个月| 耐过压。| 固体传感器设计。全系列统一结构、互换性强。 接触介质的膜片材料可选。低压浇铸铝合金壳体。测量速率：。小型化（）全不锈钢法兰，易于安装。 过程连接与其它产品兼容，实现最佳测量。采用位计算机的智能变送器。标准，带有基于协议的数字信号，远程操控。 支持向现场总线与基于现场控制的技术的升级。 电容式差压变送器关键技术指标如下：1加工定制1是品牌ZLI型号ZL3061电容武豪压娈送爲1测血测范围0-000

10、0 C kFa):秸度等级0.05%输出信粤4-20 ( “)*ww电源电压24X'( V)_1工作爲度11 -40-1-10( 1C )11111._| _1111 _ 3.多路模拟开关的选型考虑到点差压信号的采集需要路模拟开关控制，因此本设计选用片芯片，通过发出控制信号选择某一路差压信号输入。其逻辑结构及引脚如图所示，个地址线、，个使能端，路输入、， 路输出。.:試严 J |二訓bATOfl图逻辑结构及引脚图inJ缺1-$ *JL_1tM M M W44斗4naaaaFl性能指标如下：工艺制造。单路模拟多路转换器。引脚封装。电源：。功耗：。开关接通电阻：欧。开关接通、断开进度：。4

11、.放大电路由于差压变送器的输出信号为电流值， 且幅值较小达不到需要的采样幅值，所以信号第一步要 经过放大器的放大处理，转化为的电压信号，如图所示，发射信号经一对二极管的幅值保护后 由同相放大器与反相放大器完成信号的放大处理。图放大电路5.转换器的选型根据装置需求分辨力，（分辨力是指仪表能显示的最小数字（零除外）与最大数字的百分比）以及采集周期，所以本设计选用 美国公司新近推出的一种性能优越、由工艺制成的位模数转换 芯片。本芯片采用位逐次比较方式工作， 除了具有较高分辨力夕卜，采样频率高达，即转换速率 达卩，片内还集成有高精度的基准电压源与时钟电路，从而使芯片在不需要任何外加电路和时 钟信号的情

12、况下完成转换，使用非常方便。.的基本特点和参数如下：带有内部采样保持的完全 位逐次逼近（）型模数转换器。采样频率为。转换进度为卩。具有土的积分非线性（）以及 位无漏码的差分非线性（）。满量程校准误差为。内有 基准电源，也可使用外部基准源。四种单极或双极电压输入范围分别为±,±，和。数据可并行输出，采用 位可选微处理器总线接口。.的内部结构及引脚排列如图所示。各引脚的符号、类型及意义请参考有关资料手册。STSiter 叽 rAG&kf rB：P 0=Fw-d知#羽密悄百、建卑DR：】 ；MS&) rmQitsmAD 5 674TOP VIEWiHol to S

13、ule到可3囲刮回囲刮刮同回13词冋图 的内部结构及引脚排列6.芯片的选型根据装置需求对点差压数据采集，周期秒，数据量较大，对速度有较高要求，同时对精度 上要求位以上，所以本设计选用 定点处理器。是系列的杰出代表，是一款性价比极高的定点，具 有速度快（指令周期为），精度高（位），的存储空间（的程序存储空间、 的数据存储空间、 的空间）,功耗低，价格便宜的特点。采用多总线技术，具有一条程序总线、条数据总线和条地址 总线,可同时进行程序指令和数据的存取，具有高度的并行性。采用模块化的设计，使派生器件得到了快速的发展，并且采用了最新的芯片制造工艺，提高了芯片的性能，降低了功耗。 基本特点：运算速度快

14、，指令周期为。的存储空间（的程序存储空间、的数据存储空间、 的空间）。优化的结构。个位的算术逻辑单元、个位的累加器、个位的加法器、个X乘法器和位的桶型 移位器，有条内部总线和个地址产生器。低功耗，可在或电压下工作，三个低功耗方式。智能外设，除标准的串行口和时分复用串行口外，还含有自动缓存串行口（）和外部处理器并行口。的结构如图所示。各引脚的符号、类型及意义请参考有关资料手册审行接口并存接口外部管理数据总线 外部倉罐地址总线 数抵总线數拥地址总线 隍序数据总线 程序地址总线图的结构图7.与转换芯片的接口设计有种工作方式：独立工作方式和完全受控方式。独立工作方式不需使用全部控制信号，具有专用输入端

15、口，启动转换要比完全受控方式精确。完全受控方式要使用全部控制信号，适用于 多个需寻址电路挂在同一总线的情况，接口电路对各种控制信号的时序要求严格，因此设计要 复杂些.考虑到本系统有多个寻址电路，故采用完全受控方式。完全受控方式下启动和读数时序 如图所示。.CECSCECSR/C50 (isiyISFSSTSDB11 - DBOA atDbll - DBO(alA心转换启动图启动和读数时序图当要启动转换时，只需向写一任意数据即可，此时变高，而变低，启动转换。转换结束后发出中断请求信号，在中断服务程序中读转换结果，此时，变高，同时，而为低，通过数据线从总线驱芯片读取转换数据。从完全受控方式的工作时

16、序图可以看出，无论是进行转换还是进 行读取数据，为了使能可靠地工作，信号需落后信号约。.完全受控工作方式下与的接口电路图如图所示。五、差压式流量计软件设计设计思想：（1）第一步向发出输入流量系数的中断请求，然后通过矩阵键盘输入流量系数并由显示。（2向多路模拟开关发出控制命令，使点差压信号在内，以的数据采集周期以次顺序通过采样、 数字滤波、流量计算，（其中每瞬时流量为每路差压信号即刻测定流量值，每累计流量为的瞬 时流量累加和），最后存储在分配好的数据空间待读出显示。（3）向发出某一路瞬时流量累计流量中断请求， 响应中断并从数据存储空间取出流量数据进行 显示。.软件设计进程安排图开始中断设置开中断N是否发生中断数据采集1r调用中断子程序Y数字滤波流量计算结束总程序进程安排图恢复现场中断进程安排图开始丿J定时/计数器初始化t=0,i=1启动定时/计数器N计数器i<=100?定时器t<=0.5s?Y片选多路模拟开关输入电流Ij1r启动A/D转换等待 while(1)转换结束STS=0YA/D并行输出至DSP1F数字滤波1r流量计算数据采集及处理进程安排图矩阵键盘进程安排图开始NY结束显示进程安排图2.程序设计()数据米集()()；()()；(*( *) &)；()初始化时钟和&);()向写任何数启动转换()数