异形容器容积自动检测方法

　　1、　引言

　　容积的测量方法很多,一直受到国内外学者的重视,针对各种具体检测条件做了不少的研究工作[1-3],其方法都较复杂。针对生产过程的在线检测的需要我们研究了一种基于气态方程的容积检测的新方法。其方法简单,精度高,成本低。现在对本方法的基本原理,软硬件设计作一介绍。

　　2、　检测系统结构与工作原理

　　理想气体分子,只有运动到彼此间距离r<10-9m后,才开始受到引力,一般气体的压强较低时,分子间距离远大于10-9m,不再受引力。这时的气体就可以看成理想气体。实际气体如空气,在温度不太低,压强不太高时,近似符合理想气体[4]。理想气体的物态方程为:

　　根据气体玻义耳定律,对固定质量之气体,任意平衡状态下的压力P,体积V与温度T存在如下关系:

　　图1所示为异形容器容积测量原理图。按图所示,当气缸未被压缩之前,初始体积为V0。

　　式中:VX—待测容积(升)

　　VR—气缸容积(升)。

　　VP—气缸与被测容器连接导管容积(升)。

　　此时相对应的容器内压力为P0,温度为T0。当气缸压缩后,即上式(3)中VR=0。此时相应的体积为V1。

　　压缩后容器内的气体压力为P1,温度为T1在图1的封闭系统中,压缩前、后的气体质量相同(不变),待测容器内的气体,在密度较低时,所有气体均有相同的R值。故而(1)式有下列关系存在:

　　把(3)、(4)式代入(1)式,因此推得:

　　式中VR、VP是已知的确定量。分别检测气缸压缩前、后的温度T0、T1和压力P0、P1,即可按(6)式计算出被测容积的大小。

　　3、　系统硬件的构成

　　系统硬件以MCS-51单片机为核心,构成压力,温度检测系统,实现容积自动检测及控制系统,其结构图见图2。系统以8031为CPU,配置了片外存贮器2732,4位LED显示器。为了降低成本节省硬件资源,采用串行口扩展了测量用I/O口,输入的温度,压力模拟量信号,经A/D转换后,由74LS165串行输出送内存单元,经程序计算后,在4位LED显示器上,显示其容积的大小。系统和程序操作由定时器经D/A转换后由执行器控制。

　　4、　系统软件设计

　　本系统软件采用MBASIC-51编译型高级语言编制,适于实时控制。应用程序采用模块化结构,主要由系统自检、初始化,数据采集,数字处理,运算显示等程序组成。

　　5、　结语

　　本装置在硬件设计方面,多处采用了光电隔离,阻容滤波措旋。在软件设计引入了数字滤波,增强了系统的抗干扰能力。经现场运行测试证明了该检测系统满足±1%的精度要求。如果采用高精度的温度、压力传感器和更高精度的A/D转换器以及更多位LED显示器,可进一步提高测试精度。