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涡轮式气体流量计的温度、压力补偿方法研究


文章日期:2017-06-17|阅读数:


涡轮式气体流量计的温度、压力补偿方法研究

介绍了一种涡轮式气体流量计的温度、压力补偿方法,该方法采用 MS5535B 传感器测量被测气体的温度和压力,采用软件方法进行补偿。

0.引言

 

气体的流量通常用体积流量来表示,体积流量是指单位时间内通过管路任一截面的气体体积。但是由于气体分子排列松散,随着温度或压力的变化,分子间距会发生变化,体积也会发生相应的变化。体积与压力成反比,与温度成正比,在温度和压力变化的情况下,无法计量和比较气体的体积流量,需要将其统一转换为标准状态下的体积流量。工程上气体流量一般都以标准状态下的体积流量来表示。因此,需要对工作状态下测得的气体流量进行温度、压力补偿 。

 

 

1 .涡轮式气体流量计的温度、压力补偿方法

 

 

涡轮式气体流量计直接测量的是工作状态下气体的体积流量,标准状态下气体的体积流量为

涡轮1.jpg

缩系数 。

 

由于被测气体所处状态压力较低,且温度大大高于临界温度,因此可以按理想气体计,这时气体压缩系数取为 1[3]。将测量得到的工作状态下的温度和压力数值带入(1)式,即可得到补偿后的气体流量数值。

2.温度、压力测量用传感器

 

作状态下的温度、压力数值可采用型号为 MS5535B 的 集 成 压 力 传 感 器 来 进 行 测 量。 MS5535B 的主要功能是将从压阻式压力传感器输出的未经补偿模拟电压值转换为 16 位的数字量,同时提供一个传感器温度的 16 位数字量。该芯片具有如下特点 :

1)0—14 bar 的压力范围

 

2)芯片中存有用于软件补偿的 6 个系数

 

3)15 位的 ADC

 

4)3 线串行接口

 

5)1 个系统时钟(32.768kHz)

 

6)低电压低能量消耗

 

7)供电电压在 2.2V  3.6V

 

8)低电压电流

 

9)-40  +125℃工作温度

 

MS5535B 有 8 个引脚,引脚定义和功能如表 1 所示。

 涡轮2.jpg

涡轮3.jpg

 

Word1 到 Word4、D1 和 D2 是通过 3 线同步串行通信读取的。MS5535B 在 SCLK 的上升沿采样一位,并且在上升沿发送一位,以此来实现信号转换的同步。单片机 MSP430F147 在 SCLK 的下降沿采样从 MS5535B 的 DOUT 引脚输出的数据,并且在

 

SCLK 的下降沿将数据发送到 MS5535B 的 DIN 引脚, SCLK 信号是由单片机 MSP430F147 产生的。输出数据的选择通过向 MS5535B 的 DIN(数据输入)脚输入相应的指令来实现。

 

如图 3 所示,MS5535B 和单片机 MSP430F147 的每一次通讯都是以单片机 MSP430F147 向 MS5535B

 涡轮4.jpg

芯片的 DIN 脚发送一个指令序列开始的。在每一个指令序列之前都有一个开始序列(3 个高电平 1),每一个指令序列之后都有一个停止序列(3 位低电平 0)。每一条指令有四位组成,用于选择由 MS5535B 的 DOUT 脚输出的是压力、温度或是校准数据。在输出压力和温度时,在停止序列的***后一位时,MS5535B的 DOUT 脚会输出一个应答信号——低电平到高电平的转换,表示了一次转换的开始。应答信号之后,单片机 MSP430F147 向 MS5535B 的 SCLK 脚输人 2 个脉冲,然后再输出低电平,保持 MS5535B 的 SCLK 脚为低,直到在 MS5535B 的 DOUT 脚出现由高到低的信号,表示转换结束。单片机 MSP430F147 通过向 MS5535B 的 SCLK 脚输入另外的 17 脉冲读出

 

MS5535B 的 DOUT 脚输出的 16 位数字。

 

如果单片机 MSP430F147 和 MS5535B 失去同步性,可以用通过复位指令来重新启动。在每一次转换指令之前先向 MS5535B 的 DIN 脚发送复位指令,以防止由于电气冲突协议长久挂起。

5.结论

 

气体涡轮流量计采用 MS5535B 检测工作状态下的气体温度和压力,用软件实现温度和压力自动补偿。试验证明实验样机实现了系统要求的主要技术指标。

 

 

 



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