一种气体流量检测计设计

　　在工业生产过程中，不可避免地要碰到各种各样的流动介质，如水，气，油以及其他气体或液体的计量问题，流量的精确测量问题等。作为生产过程运行状态监测的一个重要内容，流量检测技术也应运而生。气体流量的测量与控制在热电生产，石油，化工等行业都具有非常广泛的应用，因此，气体流量的自动化精确测量越来越为人们所重视。但是，传统的工业气体流量测量仪表只能对气体的瞬时流量进行测控，测控精度普遍较低，且不具备自动化处理能力。因此，设计具有自校准功能，精度较高，操作方便，抗干扰能力强的气体流量计有着十分重要的作用和意义。

　　1、气体流量测量原理

　　如图所示，在流量计传感器入口处，安装有一固定的旋叶。该旋叶类似于涡轮流量计的涡轮，但并不在流量计内旋转。它的作用是当流体进入流量传感器时，在旋叶的作用下强迫流体进入旋转运动，从而产生一旋涡流。传感器内部为锥形(类似文丘里管)，当涡流旋进到达收缩段时突然节流而使旋涡流加速。旋涡流的频率与介质流速成正比，并且为线性。在传感器收缩口处安装有一个压电传感器，可检测出涡流频率的大小。压电传感器检测的微弱电信号经电路处理，即可输出与流速成正比的标准信号，从而测出流量的大小。

　　气体涡街流量传感器接口及其信号处理是测控系统中的重要环节，它关系到整个测控系统的成败。由于涡街流量计的优点，为使它获得更广泛的应用，国内外研究人员进行了大量研究工作。综合来看，对应与目前涡街流量计应用中出现的主要问题，涡街流量计未来改进和发展的方向主要有两个：一是采用现代流场分析技术，分析振动噪声影响，进一步改进压电传感器的具体结构以及安装位置，使涡街流量计在小流量情况下的抗干扰能力更强;二是借助于日益成熟的微控制器技术，将数字信号处理方法应用到涡街流量计来提取涡街频率，从而提高流量测量精度并扩展量程下限。检测系统充分利用了8051单片机的软硬件资源，使设计的系统结构简单、可靠性高、抗干扰能力很强。该系统利用8051 单片机的A/D部件实现对气体压力和温度信号的检测，经数据处理可实现对气体标准状态流量的计量。

　　2、涡街流量信号处理系统的设计与实现

　　考虑到流量测量系统低功耗的要求，以及方便测试系统的数据管理和液晶显示控制，因此测试系统的CPU在选型上决定使用8051负责管理A/D转换、存储器擦除、存储器的数据写入及数据/图形显示等工作。

　　测量管中垂直插入一个柱状物时，流体通过柱状物两侧就交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡列被称为卡门涡街。涡街流量计，主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小,量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小，仪表参数能长期稳定。本仪表采用压电应力式传感器,可靠性高，可在-20℃～+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号，也有数字脉冲信号输出。