智能孔板流量計(jì)

　　西安華恒儀表制造有限公司是主要生產(chǎn)智能孔板流量計(jì),電磁流量計(jì),v錐流量計(jì),污水流量計(jì),蒸汽流量計(jì),空氣流量計(jì)的儀表廠(chǎng)家，擁有自主的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和生產(chǎn)線(xiàn)?？梢宰灾餮邪l(fā)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足各行業(yè)、各環(huán)境下的高精度流量計(jì)。今天和大家分享一下智能孔板流量計(jì)。

　　在科學(xué)試驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)需要對(duì)液體、氣體、蒸汽和流漿等物流的流麓進(jìn)行測(cè)量和控制。在種類(lèi)繁多的流量測(cè)量方法和設(shè)備中節(jié)流裝置型流囂計(jì)，應(yīng)用十分廣泛。所謂節(jié)流裝置就是在液體管道內(nèi)放置一個(gè)元件，從而使流體經(jīng)過(guò)它刖產(chǎn)生局部收縮，在元件前后產(chǎn)生壓差，這個(gè)壓差的人小能反應(yīng)流超的多少。最常見(jiàn)的節(jié)流裝置有三種，即孔板噴嘴和文丘管。以孔板為例，流體經(jīng)過(guò)孔板時(shí)，壓力和流速的變化示意在圈Ｉ中。

　　根據(jù)流體力學(xué)的伯努利方程可以推導(dǎo)出容積流量瞬時(shí)值與壓差的天系式為下：

　?。嵋涣髁肯禂?shù)，它和節(jié)流裝置的形式、取壓方式、孔扳開(kāi)口截面積與孔板截面積，

　　比ｍ，雷諾數(shù)Ｒｅ等有關(guān)；

　　ｅ一束流膨脹系數(shù)，它與孔板兩邊壓差△Ｐ和孔扳前壓力Ｐ。之比郵Ｐ／Ｐ．，以及介質(zhì)的等熵指數(shù)有關(guān)：而等熵指數(shù)又是流體溫度、壓力的函數(shù)，對(duì)ｊ不可壓縮的流體。常取ｅ＝ｌ

　?。粒淇装彘_(kāi)口截面積：

　?。粒校唬妫贪迩昂蟮膲翰睿?/span>

　?。穑粢豢装迩暗牧黧w密度，與流體的成份、溫度、壓力等凼素有戈：

　　顯而易見(jiàn)?盡管流量Ｍ（或Ｑ）和壓差△Ｐ有嚴(yán)格的解析關(guān)系，但這種關(guān)系的系數(shù)還受溫度、壓力等因素的影響。因而實(shí)際應(yīng)用中欲準(zhǔn)確地測(cè)量到流體的流最瞬時(shí)值，除必須準(zhǔn)確測(cè)量△Ｐ之外，還要準(zhǔn)確地測(cè)量孔板前壓力Ｐ，和流體溫度ｔ，，然后再進(jìn)行必要的溫度、壓力補(bǔ)償。目前，節(jié)流裝置無(wú)論是孔板式的還是噴嘴式的都早已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了。對(duì)于使用者只需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的使用條件進(jìn)行適當(dāng)?shù)剡x擇就可以，

　　２流量計(jì)的智能化

　?。玻毕到y(tǒng)構(gòu)成

　　早期使用的孔板流量計(jì)，都采用模擬式的。這種儀表精度低、維護(hù)不便。微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品性能價(jià)格比的不斷提商，使之很快地應(yīng)用到了流量的測(cè)量之中。圖２是我們研制的

　　智能式流量計(jì)的方框圖。

　　圖中Ｐｔ、ｔ。和△ｐ分別起孔板前端壓力、溫度及孔板兩端的壓差，它們呵以是毫伏級(jí)小信號(hào)，電可以是變送器輸出的電流信號(hào)（０～１０１Ｉ，Ａ或４～２０ｍＡ）；Ａ／Ｄ變換由７１０９擔(dān)任，它是～個(gè)１４位雙積分式的數(shù)／模變換器，具有精度高（轉(zhuǎn)換精度為０，０２４４％）、抗干擾能力強(qiáng)（噪聲電

　　平＜１５ｔｌＶ，最人零點(diǎn)點(diǎn)漂移＜ｌｕＶ／“Ｃ）等特＾。

　　8155是一塊多功能外同支持芯片，它具有２，５６×８位靜態(tài)存儲(chǔ)單元，二個(gè)可編程的８位Ｉ/０ｎ、一個(gè)可編程的６位Ｉ／０口和一個(gè)可編程的１４位二進(jìn)制計(jì)數(shù)／定時(shí)器。Ａ／Ｄ變換器７１０９輸出的低８位接至８１５５的ＡＩ），商６位接到Ｂ口；Ｂ口還與７１０９的控制端相連，用以控制Ａ／工作。

　　8155上的定時(shí)器用來(lái)確定計(jì)算累積流量的時(shí)問(wèn)問(wèn)隔，該時(shí)間間隔可按削戶(hù)要求在小鍵盤(pán)上漫定。累積流量是用簡(jiǎn)單乘法計(jì)算的，即流量瞬時(shí)值乘以時(shí)間間隔，就是該時(shí)間內(nèi)的累積流量（Ａ＝Ｍ。Ｔ），因而時(shí)間間隔Ｔ應(yīng)該取得盡量短，以保證在這段Ⅱ寸間內(nèi)流量瞬時(shí)值的變化是可以忽略的。

　　8155的并行端口還用以連接ＣＰＵ和微型扣Ｅ機(jī)及Ｄ／Ａ變換器，以給出流量瞬時(shí)值、累積值、壓力、壓差、溫度、時(shí)間等硬拷貝數(shù)據(jù)和用于控制的模擬信號(hào)。８２７９芯片是一塊可編程的鍵盤(pán)／顯示控制器。小鍵盤(pán)的片ｊ途ｔ要是：在初始化時(shí)來(lái)設(shè)定參數(shù)，這些參數(shù)包括孔板尺寸、流量系數(shù)、束流膨脹系數(shù)、采樣刪問(wèn)間隔、傳感器或變送器的刻度系數(shù)以及ＰＩＤ控制參數(shù)等等。

　?。玻矐?yīng)用軟件

　　測(cè)量和控制程序以及常系數(shù)（不變的）都被同化在即ＲＯＭ中，而象時(shí)間、各種鋇４量值、運(yùn)算ｔ｛１間值和最終結(jié)果等都放?。遥蓿椭校ǔＶ挥茫螅保担抵械模遥粒途涂梢粤?。但如果計(jì)算流量的系數(shù)變化很多，例如在測(cè)量蒸汽流遺時(shí)，流量系數(shù)Ｑ、柬流膨脹系數(shù)Ｆ等都和蒸汽狀態(tài)有關(guān)。

　　蒞往要通過(guò)查表或計(jì)算求得。另外在至ｉ求復(fù)雜的控制時(shí)，８ｉ５５的Ｒ州也刈‘能不夠，此時(shí)可以另加一片ＲＡＭ。

　　系統(tǒng)運(yùn)行程序示意在圖３中，程序全部用匯編語(yǔ)言編制，運(yùn)行十分快捷。

　　系統(tǒng)上電后，可以自動(dòng)啟動(dòng)也呵以手動(dòng)肩動(dòng)。啟動(dòng)后首先進(jìn)入初始化程序，接著進(jìn)行采集、，４／Ｏ轉(zhuǎn)換以及計(jì)算（關(guān)】｜計(jì)算問(wèn)題將在卜面單獨(dú)介緞）。計(jì)算完成后升巾斷，因?yàn)樵跍y(cè)量和計(jì)算過(guò)程中，中斷是被關(guān)閉的。此后便進(jìn)入到顯示、打印（有定時(shí)打印和人ｆ：隨機(jī)打印兩種）和等待程序。所謂等待是指計(jì)時(shí)是否到了所確定的時(shí)間間隔，比如，假設(shè)采樣周期為ｌＯｓ，如果還未到１０ｓ，則程序一直在循環(huán)輸出Ｄ／Ａ值并且判斷１０５的周期是否到了；如果１０ｓ周期己到，則立即關(guān)中斷，并進(jìn)人下一次采樣。

　　系統(tǒng)的計(jì)算是采用一個(gè)四字節(jié)的計(jì)算子程序進(jìn)行的，該子程序中每個(gè)數(shù)據(jù)都用四個(gè)字節(jié)（８ｂｉｔ）的浮點(diǎn)數(shù)來(lái)表示，其中尾數(shù)用三個(gè)字節(jié)（其中２３位數(shù)值，一個(gè)符號(hào)位）階碼用一個(gè)字節(jié)（其中階符一位．?dāng)?shù)字７位），顯然精度是足夠的?？梢赃M(jìn)行加減乘除和多種超越函數(shù)的計(jì)算（如三角函數(shù)、指數(shù)、對(duì)數(shù)、任意數(shù)的任意次冪）邏輯運(yùn)算以及數(shù)據(jù)類(lèi)型的轉(zhuǎn)換等。

　?。玻酬P(guān)于中斷。

　?。福保担涤休^強(qiáng)的中斷功能，它肯五級(jí)外部中斷，共三種類(lèi)型：

　?。ǎ保保危裕抑袛?，是一般的中斷，可以用ＥＩ和ＤＩ（開(kāi)中、芙中）指令進(jìn)行控制。ＩＮＩＲ指令使ｃＰＵ讀由外部設(shè)備放到數(shù)捌總線(xiàn)上的數(shù)值形成一條指令，指向八個(gè)闖定的內(nèi)存地址，并按這些地址中的一個(gè)啟動(dòng)運(yùn)行程序。

　?。ǎ玻遥樱裕担?，ＲＳＴ６．５，Ｒｓ【７５是■個(gè)硬件中斷，其中ＲＳｌ７５中斷級(jí)別最高，６５次之，５．５再次。ＲＳＴＳ．５，ＲＳＴ６５是電平起作用，當(dāng)這些輸入端保持有高電平時(shí)處理就響應(yīng)中斷。ＲＳｌｌ７．５輸入端有上跳沿時(shí)，進(jìn)入中斷。這二個(gè)ｃｐ斷使用非常方便。我們安排ＲＳＴ５５的計(jì)時(shí)

　　小鍵盤(pán)，ＲＳＴ６．５用丁清除累積流量值，．ＲＳＴ７５用于響應(yīng)８１５５的計(jì)時(shí)。（３）ＴＲＡＰ為自陷中斷，是Ｈｉ可屏蔽中斷，具有最高優(yōu)先級(jí)，我們將之用于掉電保護(hù)。

　　２．４關(guān)于數(shù)字濾波

　　由ｆ?zhèn)鞲衅骰蜃兯推鬏敵龅挠杏媚M信號(hào)經(jīng)專(zhuān)線(xiàn)傳輸都會(huì)受到各種干擾，這些干擾信號(hào)有超低頻的也有很高頻率的。岡此用一般的硬件濾波器很難將之濾得干凈，而采用數(shù)字濾波則很容易獲得較為理想的效果。所謂數(shù)字濾波實(shí)質(zhì)上就是一系列測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行必要的計(jì)算、比較和判斷，保留下合乎要求的信號(hào)，舍棄Ｔ擾人的個(gè)別信號(hào)。通常情況下，由丁干擾信號(hào)多是隨機(jī)的，且薩負(fù)相間，同此均值可能為零。在這種情況卜，崩多次測(cè)量求平均值的辦法很容易將干擾所引起的誤等降到所要求的水平。若在一系列測(cè)最中，由于突發(fā)因索引起某一個(gè)或兒個(gè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大誤差（比如人于三倍均方根誤差，即大ｆ３ａ），就可以將之視為極大誤差而把它舍去，從而提高了測(cè)量精度。我們的程序Ｌ｝Ｉ有算術(shù)平均值濾波，中值濾波和脈沖干擾濾渡等幾種濾波方式可供選擇。

　　２．５關(guān)于Ｄ／Ａ和控制

　　在很多情況Ｆ要求對(duì)流量進(jìn)行控制，采用了智能式流量計(jì)欲實(shí)現(xiàn)這一要求是很容易的。比較許多控制算法，我們認(rèn)為在丁業(yè)領(lǐng)域Ｐ［Ｄ控制還是很成熟的。這種控制算法，只要合理地確定三個(gè)參數(shù)：Ｋ（比例系數(shù)）、Ｔ，（積分時(shí)間常數(shù)）和Ｔ。（微分時(shí)間常數(shù)），則不必求出被控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其的擋制。基本的ＰＩＤ分為位置型和增量型兩種，這兩種算法，剛戶(hù)可以仟意選崩。眾所周知?在實(shí)現(xiàn)ＰＩＤ控制時(shí)，采樣時(shí)間Ｔ、ｋ。、Ｔ。以及Ｔ。的選?。菏翘貏e重要的。使片ｊ過(guò)儀表控制的單位，在ｌ＋產(chǎn)中－三經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，因此選定這些參數(shù)：孓是爪難的事情，但對(duì)Ｊ經(jīng)驗(yàn)不多的單位呵圳采用湊試法域試驗(yàn)法逐漸解泱。

　?。沉髁坑?jì)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)化

　　工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制經(jīng)歷ｒ一個(gè)由分散到集中再到分散的過(guò)程：即五、六十年代的模擬控制是～種初級(jí)的分別對(duì)各二｝二、業(yè)參數(shù)邊行的簡(jiǎn)單控制，列實(shí)際存在＿Ｆ：Ｌ業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的參數(shù)的復(fù)雜關(guān)系，無(wú)法實(shí)現(xiàn)解耦，因而控制精度很低；數(shù)字計(jì)算機(jī)直接應(yīng)川ｆ生產(chǎn)過(guò)程控制，解決了上述問(wèn)題，但＿｝｛ｊ１臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)集中控制，問(wèn)題也很多。首先是危險(xiǎn)十分集中，一旦計(jì)算機(jī)出毛病，則可能拿線(xiàn)癱瘓。其次連接傳感器、計(jì)算機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)要用大量的導(dǎo)線(xiàn)電纜。半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展以及微處．群機(jī)的出現(xiàn)．使計(jì)算機(jī)價(jià)格迅速降低，從而出現(xiàn)ｒ集散型控制系統(tǒng)（ＤＣＳ）一分散控制集中管理系統(tǒng)。近幾年來(lái)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)又得到ｒ較快地發(fā)展．它是一種完全分散地測(cè)控系統(tǒng)，傳感器和擰制器部做成智能式的，傳感器的輸出信號(hào)均是數(shù)字式．它們可以連接到同一對(duì)總線(xiàn)上，進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，具有極強(qiáng)的抗１＝擾能力和節(jié)省人量布線(xiàn)開(kāi)銷(xiāo)。

　　具肯現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)特征的產(chǎn)品和系統(tǒng)很多，如Ｒｓ－－４８５接ｕ、ＢｉｔＢｕｓ總線(xiàn)、ＣＡＮ總線(xiàn)、ｔｆＡＩ｛Ｔ協(xié)議、ＰｒｏｔｉＢｕｓ和Ｌｏｎｗｏｒｋ等等。Ｕ｝ｉ百，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì)（ＦＦ）己制定了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

　?。龋粒遥詤f(xié)議，保留了三型表中４～２０ｍＡ的』：業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。它允許在同一個(gè)回路上有數(shù)字和模擬信號(hào)同時(shí)傳輸而互不影響，因而使得由三型表變送器往現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)過(guò)渡變得容易，所以｝ｉ＾ｊ『ｒ協(xié)議得劍了廣泛地麻用，在智能式變送器領(lǐng)域中占到了３／４左右。

　　ｌｉＡＲｌ－協(xié)議規(guī)定在４～２０口１＾模擬信號(hào)ｋ餐加一個(gè)幅值只有十０５ｍＡ的數(shù)字信號(hào)，數(shù)字０用１２００１１ｚ表示．?dāng)?shù)字１用２２００Ｈｚ表示（見(jiàn)圖４）。數(shù)字信號(hào)在一個(gè)整周期內(nèi)平均值為零，困咖Ｅ對(duì)直、褫的４～２０ｍＡ模擬信號(hào)沒(méi)有什么影響。眥ＲＴ的通訊協(xié)議也較１ＳＯ（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）

　　所制定的ＯＳＩ（開(kāi)放系統(tǒng)互連協(xié)議）的模型簡(jiǎn)化』，許多，它只采用了Ｏｓ【七層協(xié)議中的三層，即第一層物理層，第：？層連路層和第七層應(yīng)用層。

　　圖５是采用Ｉｔ／犍Ｔ協(xié)議構(gòu)成的智能式流最計(jì)方框圖。除其輸出部分（模擬４２０一并在其上疊有數(shù)字信號(hào)）外，其他與前面介９ｆ｛ｆ｝乇大體相同．此處不在贅述。

　?。唇Y(jié)論

　　目前，我們研制的智能扳流量汁已投入生產(chǎn)任用中。在生產(chǎn)，實(shí)踐中該流量計(jì)性能穩(wěn)定，工作可靠，用戶(hù)力對(duì)其陛能十分滿(mǎn)意以上就是智能孔板流量計(jì)的全部?jī)?nèi)容，如有疑問(wèn)，可以隨時(shí)聯(lián)系我們。