带温度压力补偿的气体涡轮流量计的设计

　　在现代工业生产和流通等领域,流量检测是计量管理、贸易结算的第一可靠性依据,也是一门实用性很强的检测技术;但流体的复杂性决定了流量检测的问题也很多,气体流量的温度压力补偿问题就是其中之一。流量传感器在测量同样介质的流体流量参数时都是工况流量,尤其是气体,即便测量结果相同,由于受温度和压力的影响,在转换成标准流量时结果往往也是不一致的。这就产生了流量检测中的温度压力补偿问题。

　　在使用流量计测流量时,使用者如果不考虑温度压力补偿的话,得到的结果往往会与正确结果大相径庭,无法进行贸易结算或工艺考核。液体体积几乎不受压力影响,仅和温度有关,而且当温度变化范围很小时,液体体积的变化也极小;但是气体受压力、温度影响所引起的流体特性的变化很大,在流量检测中,气体流量温度压力补偿的意义重大。

　　1　涡轮流量计工作原理

　　涡轮流量计作为最通用的流量计具有高精度、重复性好等优点,广泛用于高压、高温、低温及微流量的测量中。涡轮流量计是一种速度式流量计,它是由涡轮、轴承、前置放大器、显示仪表组成。被测流体冲击涡轮叶片,使涡轮旋转,涡轮的转速随流量的变化而变化,即流量大,涡轮的转速也大,再经磁电转换装置把涡轮的转速转换为相应频率的电脉冲,经前置放大器放大后,送入显示仪表进行计数和显示,根据单位时间内的脉冲数和累计脉冲数即可求出瞬时流量和累积流量[1]。当流体沿着管道的轴线方向流动、并冲击涡轮叶片时,流经涡轮变送器的流体体积流量

式中:f为电信号的频率,与叶轮转动频率成正比关系,k为仪表系数。

　　质量流量

式中:ρ为流体密度。

　　2　硬件电路设计

　　2·1　总体设计

　　该系统以PIC单片机为控制核心,包括流量信号采集模块、温度和压力信号采集模块、键盘以及显示模块5个部分。流量信号采集模块使用涡轮流量计采集流量信号,经过外围电路处理后送入单片机,测量其频率,用于流量计算;温度和压力采集模块将采集到的温度和压力通过A/D转换后送入单片机,用于气体的密度计算,对气体流量进行补偿;键盘模块实现对仪表参数的设置、各显示内容之间的转换操作;显示模块实现瞬时流量、累积流量、温度和压力的显示。系统的总体结构图如图1所示。

　　2·2　PIC单片机

　　PIC单片机是美国MICROCHIP公司生产的市场份额增长最快的单片机。采用哈佛总线结构,精简指令,运行速度快,价格低廉,低功耗,内部具有8通道10位A/D转换器,最大有8k×14字节的FLASH程序存储器,工作电压范围宽,带振荡式看门狗,不需要任何外部器件[2]。在该系统设计中具有较大的优势。