8098在气体流量测量中的应用

    1　引言

    随着工业生产及能源计量工作的迅速发展,气体流量的精确计量越来越为人们所重视。精确计量要求,不管工况条件压力、温度如何波动,流量仪表都应跟踪并对气体流量进行自动补偿积算。本文介绍一种由8098单片机与传统气体流量计结合起来的智能测试系统。该系统充分利用8098内部软、硬件资源,具有温度、压力自动补偿及自寻故障等功能,可用于对压缩空气、饱和蒸气及煤气、氢气、氮气等气体的测量。

    2　工作原理

    被测流体流经流量变送器,通过线圈感应出频率与气体流量成正比的脉冲信号,脉冲信号经光电耦合和整形后,由8098单片机读取。被测气体的温度、压力分别由铂电阻温度传感器和固态压阻式压力传感器检测并通过各自的放大器放大,分别送入8098的A/D转换输入口。8098单片机对输入信号进行线性化处理和必要的运算,并将结果送LED显示,也可由打印机打印或通过串行口输出。

    ⑴脉冲计数测量

    流量变送器的输出脉冲频率通常都在0~5kHz,如采用测频方式来计数,则误差较大。8098提供了一套独一无二的高速I/O口,运用高速输入单元来检测脉冲周期是8098的特点之一。HSI共有4条输入引脚,每条HSI引脚可提供4种可能的事件触发方式,至于使用那种方式则由HSI方式寄存器来选定。

    当系统采用12MHz晶振时, HSI可在无需CPU干预的情况下,以2μs的分辨力测量从输入引脚送入的脉冲,从而实现对高速事件的检测。由于T1定时器用来测量四条输入引脚上事件发生的时刻,因此通过HSI实现了一个定时器当多个定时器使用。整形后的脉冲信号分别经HSI·0和HSI·1输入8098,其中HSI·0设置为正跳变触发事件, HSI·1设置为负跳变触发事件。通过保持寄存器和FIFO单元中记录的时间时序,就可方便地求出脉冲周期。

    ⑵瞬时流量测量

    被测气体通过流量计时,单位时间内输出的脉冲数,即频率f与通过它的瞬时容积流量q成正比, q=f/ξ=1/ (T×ξ),其中ξ为流量计系数。测量时8098单片机不断采样流量传感器输出的脉冲数,并通过硬件中断对测得的流量计算一次,求得被测气体在当时状态下的瞬时容积流量。

    为了测得标准状态下的瞬时流量,需要对当时状态下的瞬时流量进行温度、气体压力补偿。气体温度、压力通过8098单片机分时测得。然后根据理想气体状态方程对当时测得的流量进行温度、压力补偿运算,求得标准状态下瞬时流量。

    ⑶累积流量的测量

    在时间τ内仪表所累积的气体总体积量,定义为累积流量以Q表示,则

    Q=∫q′(t) dt           (1)

    在一个采样时间T内的累积流量为Q_i