流量是指單位時(shí)間內(nèi)流過管道某截面液體的體積或質(zhì)量。流體的總量對(duì)于計(jì)量物質(zhì)的損耗與儲(chǔ)存等具有重要的意義，在日常生活中常常要對(duì)一段時(shí)間內(nèi)流過的液體量進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量總量的儀表一般稱為流體計(jì)量表或流量計(jì)。工業(yè)應(yīng)用中，因不同流體的粘度、導(dǎo)電性、腐蝕性等不一樣，因此不同流體的測(cè)量方法也不盡相同，市場(chǎng)上為了滿足不同流體的測(cè)量要求，流量計(jì)的種類也比較多。流量計(jì)中差壓型流量計(jì)是使用量最廣的一種流量計(jì)，廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、化工、天然氣等部門，該流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、適應(yīng)性強(qiáng)、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。本文主要以差壓流量計(jì)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用著手進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。

 

1 測(cè)量方案與原理

            差壓式流量計(jì)又叫節(jié)流式流量計(jì)，它是利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生壓力差的原理來實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。在實(shí)際測(cè)量中，要利用節(jié)流裝置把被測(cè)流體的流量轉(zhuǎn)換成差壓信號(hào)，主要原因是安裝在管道中節(jié)流裝置使得連續(xù)流動(dòng)的流體因流體流通面積突然縮小而形成流束收縮，使得流速加快，擠過節(jié)流孔后，流速又降低。由能量守恒在節(jié)流件前后產(chǎn)生壓力差(靜壓差)Δp=p 1－p

2 ，因是節(jié)流裝置，所以有 p 1 ＞p 2 。壓力差 p 1－p

2 大小與流過的流體流量之間有一定的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)壓力差就可以求得流量。質(zhì)量流量與壓力差的關(guān)系式為:

q m =aεF 0 2ρΔ槡

p =aεF 0 2ρ(p 1－p2槡)

 

式中各參數(shù)的意義和單位規(guī)定如下:q m 為質(zhì)量流量，kg/s。α 為流量系數(shù)，可由實(shí)驗(yàn)確定。通常根據(jù)節(jié)流件形式、管道情況、雷諾數(shù)、流體性質(zhì)、取壓方式等查表得到;ε 為流體膨脹的校正系數(shù)，通常在 0．9～1．0 之間。不可壓縮流體時(shí) ε =1;可壓縮性流體時(shí) ε＜1;F 0 為節(jié)流件開孔面積 m 2 。當(dāng)已知

節(jié)流件開孔直徑 d (m)時(shí)，F(xiàn) 0 =4d 2 ;ρ 為流體密度，kg/m 3 ;Δp=p 1－p2 ，為節(jié)流件前后的壓力差 Pa。根據(jù)在圖 1 中根據(jù)流體的流向，安裝好節(jié)流裝置，在節(jié)流裝置 11 和 22 管壁處的流體靜壓力產(chǎn)生差異，由位移傳感器得到壓力差的高度，在 A 處安裝標(biāo)準(zhǔn)的容積和壓力傳感器，得到流體密度的大小。

 

            為了便于測(cè)量，將差壓信號(hào)進(jìn)行放大，濾波，在利用微處理器進(jìn)行控制，使之能方便記錄、存儲(chǔ)和顯示。在圖 1 中，利用位移傳感器可以測(cè)量出節(jié)流裝置 11 和 22 管壁處的流體靜壓力，將壓力的變化通過電橋的作用，使之轉(zhuǎn)換為電壓的變化，為了便于微處理器能控制，將其信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換。由于要測(cè)量質(zhì)量流量，在 A 處的壓力傳感器可以測(cè)量得到流體密度的大小(測(cè)量密度的原理是 A 出的容積是標(biāo)定已知的，通過質(zhì)量大小除以容積即可以得到)。

 

            由此得到測(cè)量原理框圖如圖 2所示。圖 2 測(cè)量原理框圖

 

2 硬件電路的分析與設(shè)計(jì)

            根據(jù)測(cè)量原理框圖，將各個(gè)部分的電路設(shè)計(jì)如下:

 

2．1 電橋電路

            電橋電路是將壓力的變化轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的變化，在實(shí)際測(cè)量中先調(diào)節(jié)電橋平衡，為了提高精度，減小非線性誤差，選擇將 R 1 和 R 3 加入傳感器，一個(gè)增加，另外一個(gè)減小。圖 3 電橋電路

 

2．2 電壓放大電路

 

            由電橋輸入的微弱的信號(hào)，通過電壓放大器放大后，便于 A/D 轉(zhuǎn)換器處理，采用了差分放大路，能夠抑制共模信號(hào)。圖 4 差分放大電路

 

2．3 A/D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)

            此工作可由單片機(jī)內(nèi)部的 10 位 AD 轉(zhuǎn)換器完成，但發(fā)現(xiàn)單片機(jī)的 10 位 AD 芯片處理效果不是

很好。采用了兩個(gè) AD 轉(zhuǎn)換芯片，對(duì)輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換，使用單片機(jī)控制計(jì)算，然后送入液晶顯示其質(zhì)量流量的大小。

 

            AD1674 是一片高速 12 位逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的電阻和電容元件即可構(gòu)成一個(gè)完整的 A/D 轉(zhuǎn)換器。AD8326 是 TI 公司推出的 16 位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換速度快，線性度好，精度高。電路的連接圖，如圖 5 和圖 6 所示。

 

本文由電磁流量計(jì)提供，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。