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涡轮流量计积算仪原理功能说明


文章日期:2018-02-07|阅读数:


1、涡轮流量计原理:

  如图 2-1 所示为 TUF 传感器结构图,由图可见,当被测流体流过传感器时,在流体作用下,叶轮受力旋转,其转速与管道平均流速成正比,叶轮的转动周期地改变磁电转换器的磁阻值。检测线圈中磁通随之发生周期性变化,产生周期性的感应电势,即电脉冲信号,经放大器放大后,送至显示积算仪处理。 
图 2-1  涡轮流量变送器结构

图 2-1  涡轮流量变送器结构 1-紧固件;2-壳体;3-前导向件;4-止推片;5-叶轮; 6-电磁感应式信号检出器;7-轴承;8-后导向件          涡轮流量传感器的电脉冲信号的的频率  f  (次/秒)与流过管道的体积流量qv(m3/s)正相关时,其比例系数即为传感器的仪表系数K(Hz/m3),如式(2.1)所示:                                     vfKq=                            (2.1) 即                                     fqvK=                            (2.2) 
  在同一时间内,传感器发出的脉冲数  N  与流过管道的液体体积  V(m3)也成正相关,其比例系数也为传感器的仪表系数  K(Hz/m3),如式(2.3)所示:                                     NKV=                            (2.3) 即                                    NVK=                             (2.4) 根据式(2.2)和式(2.4)可以计算出液体的体积流量[2]。 

2、积算仪要实现的主要功能及特点:
功能:
(1)累积并显示流量累积值;
(2)计算并显示流量瞬时值;
(3)仪表密码设置;
(4)流量系数设置;
(5)数据保存;确保所测数据掉电依然存在。
(6)流量显示积算仪可直接输入脉冲信号,还能直接输出方波脉冲信号用于远传 ;
(7)键盘操控。
 特点:
(1)功耗低、抗干扰能力强、故障率低、适应性强;
(2)数字显示清晰、准确;
(3)结构设计合理、体积小、重量轻;
(4)安装、维修、使用方便。 

3 、积算仪设计的技术要求:
3.1、硬件设计要求 :

   为了达到上述设计特点预期的设计要求,本测量系统在硬件电路上作了充分的考虑,其特点主要在: 
(1) 选择合适的低功耗元件。为了降低系统的功耗,在元件选择上,我们尽量选用了适合低功耗设计的元件。
(2) 简化硬件电路设计。在满足系统信号处理的基础上,简化硬件电路设计,
是降低功耗的有效方法。在本测量系统中主要体现在选用了高集成度的CPU,它功能多,不需要增加额外的器件,为整个硬件电路减少了不少元件,使得电路结构简单,另外它微功耗,速度快,满足了整个系统设计的要求。
(3) 设计低功耗电路,选用低功耗 CMOS 器件。CMOS 集成器件的***大优点就是微功耗(静态功耗几乎为零),所以 CMOS 集成器件从一开始出现,
就和低功耗仪表结下了不解之缘。设计低功耗电路,大量采用低功耗CMOS 集成器件,是降低传感器功耗的主要设计原则,也是降低电路功耗的主要和***根本方法。在选用本测量系统各个组成部分的器件时,自始至终贯穿了这个主要原则[3]。
(4) 降低单片机的时钟频率。单片机的功耗与系统的振荡频率密切相关,单片机的功耗随时钟频率的降低明显减少。因此,在选择单片机时钟频率时,一方面希望单片机有足够快的运算速度与外部电路接口;另一方面又希望有比较低的频率以便降低功耗,设计时必须加以权衡,在满足测量系统工作要求的前提下,选择合适的时钟频率[5]。
(5) 正确设置 I/O 引脚状态。在本测量系统中,所有 I/O 都是根据信号的输入输出状态来加以配置的,这保证了系统程序的正常运行。 
 
3.2、软件设计要求:
  智能化仪表的软件设计通常采用模块化设计方法。所谓“模块化”就是将整个仪表软件按功能分为若干个子功能块,每个子功能块具有一定的通用性。因此设计不同仪表时,某些功能模块可以移植,从而加快仪表的研制速度。本测量系统的程序主要有以下几个模块: 
(1) 初始化模块:
  初始化模块的功能是:仪表在上电复位后即进入初始工作状态。CPU 对硬件模块接口和特殊功能寄存器以及堆栈和一些中间单元进行初始化,初始化完成后,仪表进行自检,对 CPU 的内部 RAM,外部 RAM 及有关接口进行测试,自检结束后,等待执行主程序。 
(2) 键盘管理及显示程序模块:
  该部分模块起人机对话作用。它一方面通过键盘把有关参数、命令、密码等信号送入 CPU。另一方面将被测参数用 LCD 显示出来。因此该模块由键盘处理程序和显示程序两部分组成。系统通过按键识别,判断是什么键按下,从而转入相应键处理程序。对于不同仪表,定义不同键的功能时,只需要修改相应键处理程序,而显示程序则可移植。键盘管理及显示程序模块通用性较强。
(3) 主控模块:
  智能仪表的主控模块主要是完成数据运算处理等工作。它随仪表类型不同而不同。在设计主控模块时,尽量调用子程序模块中的子程序,从而可大大减少主程序的重复设计工作。
(4) 中断子程序模块:
  本测量系统的中断子程序模块比较器中断子程序和实时时钟中断子程序。系统通过这两个程序来定时记录信号的脉冲个数,并定时显示流体流量值。
(5) 辅助程序:
   在这些辅助子程序里,设计了一般工业智能仪表所需要的数据运算和处理子程序,其中包括:数据类型转换子程序,延时子程序等多个子程序。调用十分方便,通用性强。 

本章小结:本章从涡轮流量计的计量原理出发,让我们了解了本测量系统的测量方法,即主要是计算从传感器输出来的脉冲个数,根据设置的流量系数,一同计算出流体流量值。接着对本测量系统的设计要实现的功能及特点进行了概括,进一步讲述为达到设计要求对系统硬件和软件设计上的要求。 


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