流量计的原理、主要功能、设计思路
(1)力学原理:属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式;利用动量定理的冲量式、可动管式;利用牛顿第二定律的直接质量式;利用流体动量原理的靶式;利用角动量定理的涡轮式;利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式,雷达物位计;利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等.
(2)电学原理:用于此类原理的仪表有电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等.
(3)声学原理:利用声学原理进行流量测量的有超声波式.声学式(冲击波式)等.
(4)热学原理:利用热学原理测量流量的有热量式、直接量热式、间接量热式等.
(5)光学原理:激光式、光电式等是属于此类原理的仪表.
(6)原于物理原理:核磁共振式、核幅射式等是属于此类原理的仪表.
(7)其它原理:有标记原理(示踪原理、核磁共振原理)、相关原理等.
流量计 流量计 流量计 流量计 流量计 流量计 电磁流量计 电磁流量计 涡街流量计 涡街流量计 涡街流量计 涡街流量计 涡轮流量计 涡轮流量计 蒸汽流量计 蒸汽流量计 气体流量计 气体流量计
电磁流量计主要由变送器(又称一次装置、检出器或传感器)和转换器(又称二次装置或变换器)及流量显示仪表三部分组成.变送器把流过的被测液体的流量转换为相应的感应电势.转换器的作用是把电磁流量变送器输出的和流量成比例的毫伏级电压信号放大并转换成为可被工业仪表接收的标准直流电流、电压或脉冲信号输出,以便与仪表及调节器配合,实现流量的指示、记录和运算.
本文主要讨论的是如何实现电磁流量计转换器的智能化,以及转换器与HART通信协议的接口实现.传统的电磁流量计一旦开机后,能自动进行连续不断的测量,但外界无法控制其运行情况,它只能按生产时规定的运行方式运行,因此功能比较单一,运行比较死板,无法满足现代测量灵活实时的要求.所谓电磁流量计的智能化,就是流量计开机后,能按照程序规定的模式进行测量,并且在运行过程中,能接受外界的意图,根据外界的命令随时作出相应的调整,因此智能化的电磁流量计功能较齐全,并能由人为控制,运行相当灵活.例如,当电磁流量计以30 Hz的励磁频率进行测量时,测量人员根据流量的实际情况,想把励磁频率改为60 Hz,他就可以根据产品说明书,按下电磁流量计的某个按钮,以使仪表按照他的意图作出改变,而传统的流量计是无法做到这一点的.当然,这种智能化的实现是建立在单片机系统上的.而所谓的HART协议其目的是在智能化的基础上将各种类型仪表统一起来,同一指令能控制多种仪表,使各仪表能彼此联系,协调工作.
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2 智能电磁流量计的主要功能和设计思路
本项目中要求智能电磁流量计转换器所实现的主要功能有:
① A/D采样,每隔1/12 s采样一次;
② D/A转换,输出4~20 mA电流;
③ 产生电磁流量计必需的2路相位相反、频率相同的励磁方波信号,要求频率为30 Hz和60 Hz两种;
④ 产生对2路励磁方波信号高电平接近下降沿的20 ms脉冲采样信号;
⑤ 液晶显示,fmlsm1208 显示流量结果、检测状态(空/满管状态、正/反流量)、设置参数和自诊断结果等等;
⑥ 键盘管理,设置3个按键,对键盘动作进行处理;
⑦ 脉冲量输出,将流量结果转换成0~1 000 Hz范围内的脉冲信号输出;
⑧ 兼容HART协议,对手持式通信器发出的命令作出反应;
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⑨ 流量状态检测/输出,检测管道为空管或满管,流量方向为正向或反向,并输出相应的开关量等等.
根据工作条件和工作经验,我们选择了Motorola公司的M68HC11系列的单片机来设计智能化方案.M68HC11系列以功能强、速度高而著称,是功能最强的8位单片机.它与其他系列单片机最大的区别在于它具有4种工作方式,即正常单片方式、正常扩展方式、特殊自引导方式及特殊测试方式.对于开发仪表,Motorola公司推荐使用正常单片方式.单片机处于正常单片方式时对外不提供地址线和数据线.由于内部带了相当可观的RAM和ROM,因此它通常不需要外接存储器,并且具备相当多的并行I/O口及高速的同步串行通信口和异步串行通信口.采用M68HC11系列开发仪表,相对来说,涡街流量计,能大大简化系统设计,减小系统体积,接口简单,便于调试.
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