流量积算仪设计

    1.流量积算仪的工作原理

    流量积算仪是多功能电子式气体体积校正仪。它接收流量脉冲信号，与高精确度温度、压力传感器配接，可完成采集溢度、压力、流量脉冲信号，计算、记录标准工况(P=101.325kPa, T=273.15K。根据用户要求可取T=273.15K)和实际工况下的瞬时及累积流量，记录压力、温度及状态参数，并对部分状态进行报警。

    主要功能如下。

    ①采集流最计的实测体积信号。

    ②测量气体温度和压力。

    ③分别计算、显示、记录工况和标况瞬时流量，实时数据更新。

    ④根据用气单位、供气单位等不同用户情况，赋予不同的用户权限，允许用户根据实际情况变更数据，这样利于用户用气管理。

    ⑤信息显示。

    ⑥报警信号管理。

    ⑦数据库管理定时记录累计体积、压力、温度等。

    ⑧具备脉冲、模拟、RS-485多种输出信号方式。

    ⑨低功耗设计，内电源、外供电两种供电方式结合，正常工作条件下，一般要求5年内无需更换电池。

流量积算仪由温度、压力检测模拟通道，流量检测数字通道，以及微处理单元、液晶驱动电路和其他辅助电路组成，并配有外输出信号接口，其工作原理如图1.11所示。从各传感器送来的多路信号经转换处理后，由微处理器按照气体状态方程代入公式运算，实现就地显示和多种信号远传。

2.流量积算仪设计步骤

    流量积算仪的设计包括数据采集、数据处理和数据转换三大部分。下面是各部分电路设计的实例。

(1)温度采集电路设计  为了保证采集到的温度信号的脉冲波形不产生失真，以至于影响对温度的监测，可以为温度传感器设计各种桥式滤波电路。该电桥电路首先对采集到的信号进行稳压，随后利用脉冲分压器的补偿电容对信号进行补偿，使输出脉冲电压幅值变得平稳，并确保波形不产生失真。基本电路如图1.12所示。

(2)压力采集电路设计  压力采集电路同温度采集电路一样，是为了保证采集到的电信号平稳，并能保持原采集信号的波形，因此该电路的设计思路同温度采集电路的设计思路相同。由于考虑到采集到的压力信号的变化幅度较大，为了确保压力信号能够平稳，其稳压电路可设计为全波桥式整流电路，基本电路如图1.13所示。

    (3)流量脉冲采集保护电路设计  由于流量脉冲信号易于受到外界电磁场的干扰而影响对信号的检测结果，因此为了防止外界电磁场的干扰，应该为脉冲拍入信号设计保护电路。保护电路的设计可以根据具体选定的流最信号传感器的类别采取相应的设计。

(4)流量脉冲输出电路及脉冲输出报警电路的设计  流量输出不仅存在传输干扰，而且外部控制信号有可能反向产生干扰信号。为了避免干扰影响流量测量结果，且能够在电池电量不足、掉电等情况下，提醒工作入员更换电池，设计报警电路在上述情况下进行报警，并要求控制器自动存储该时刻的标准状态下的瞬时流量、累加流量、温度、压力及工况下的累加流量、掉电时刻的时间，以便入工进行补偿计算。流量脉冲输出电路和报警电路设计采用光电隔离技术进行保护，具体电路设计如图1.14所示。

    该电路首先将采集到的流量脉冲信号通过简单的共发射极放大电路进行放大，然后将放大的电信号经过光电拼合器进行转换，并利用复合滤波电路对转换的信号进行整形输出，这样就可获得比较平滑的电信号。

(5)通信接口电路设计  采集到的流量信号及处理后的计量数据通过RS-485或RS-232可以进行远程传输，以便进行远程数据管理和控制。对于总线通信接口，选用MAX485或MAX232。硬件设计要同时包括有MAX485和MAX232，对于在信息传输时用哪一个接口是通过软件实现的。其具体电路设计如图1.15所示。

(6)数据传抽框图  系统带有RS-485或RS-232总线通信方式的数据接口，可以通过网络传输所有的存储数据和信息，可以实现远程收费和管理，且可以在数据传输时自动切换到外供电，不消耗电池电能。数据传输框图如图1.16所示。

    (7)软件设计  根据智能气体涡轮流量计的数学模型进行数据计算时，假定涡轮在正常工作条件下运转，涡轮转子以恒定的角速度ω运转，则驱动力矩等于各阻力矩之和。如方程(1.1)所示。采用前述的一元流动模型或二元流动模型，根据设计的结构计算驱动力矩和各种阻力矩。计算时，先设定涡轮的两个转速作为初始值，使在这两个转速时，平衡方程的左端分别大于零和小于零。取适当的步长，用两分法自行迭代，计算得最终涡轮转速，使其在一定精确度下计算得出ω值，即可得到相应的脉冲数，进而计算出q0。主程序框图可参阅图1.22。

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