智能孔板流量計

來源：華恒流量計手機查看內容瀏覽：1878 發布日期：2020-09-25

　　西安華恒儀表制造有限公司是主要生產智能孔板流量計,電磁流量計,v錐流量計,污水流量計,蒸汽流量計,空氣流量計的儀表廠家，擁有自主的研發團隊和生產線。可以自主研發設計滿足各行業、各環境下的高精度流量計。今天和大家分享一下智能孔板流量計。

　　在科學試驗和工業生產過程中，經常會需要對液體、氣體、蒸汽和流漿等物流的流麓進行測量和控制。在種類繁多的流量測量方法和設備中節流裝置型流囂計，應用十分廣泛。所謂節流裝置就是在液體管道內放置一個元件，從而使流體經過它刖產生局部收縮，在元件前后產生壓差，這個壓差的人小能反應流超的多少。最常見的節流裝置有三種，即孔板噴嘴和文丘管。以孔板為例，流體經過孔板時，壓力和流速的變化示意在圈Ｉ中。

　　根據流體力學的伯努利方程可以推導出容積流量瞬時值與壓差的天系式為下：

　　ａ一流量系數，它和節流裝置的形式、取壓方式、孔扳開口截面積與孔板截面積，

　　比ｍ，雷諾數Ｒｅ等有關；

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

　　Ａｄ孔板開口截面積：

　　ＡＰ－－一ｆＬ板前后的壓差：

　　ｐｔ一孔板前的流體密度，與流體的成份、溫度、壓力等凼素有戈：

　　顯而易見?盡管流量Ｍ（或Ｑ）和壓差△Ｐ有嚴格的解析關系，但這種關系的系數還受溫度、壓力等因素的影響。因而實際應用中欲準確地測量到流體的流最瞬時值，除必須準確測量△Ｐ之外，還要準確地測量孔板前壓力Ｐ，和流體溫度ｔ，，然后再進行必要的溫度、壓力補償。目前，節流裝置無論是孔板式的還是噴嘴式的都早已經標準化了。對于使用者只需根據現場的使用條件進行適當地選擇就可以，

　　２流量計的智能化

　　２１系統構成

　　早期使用的孔板流量計，都采用模擬式的。這種儀表精度低、維護不便。微處理機技術的發展和產品性能價格比的不斷提商，使之很快地應用到了流量的測量之中。圖２是我們研制的

　　智能式流量計的方框圖。

　　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，它們呵以是毫伏級小信號，電可以是變送器輸出的電流信號（０～１０１Ｉ，Ａ或４～２０ｍＡ）；Ａ／Ｄ變換由７１０９擔任，它是～個１４位雙積分式的數／模變換器，具有精度高（轉換精度為０，０２４４％）、抗干擾能力強（噪聲電

　　平＜１５ｔｌＶ，最人零點點漂移＜ｌｕＶ／“Ｃ）等特＾。

　　8155是一塊多功能外同支持芯片，它具有２，５６×８位靜態存儲單元，二個可編程的８位Ｉ/０ｎ、一個可編程的６位Ｉ／０口和一個可編程的１４位二進制計數／定時器。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上的定時器用來確定計算累積流量的時問問隔，該時間間隔可按削戶要求在小鍵盤上漫定。累積流量是用簡單乘法計算的，即流量瞬時值乘以時間間隔，就是該時間內的累積流量（Ａ＝Ｍ。Ｔ），因而時間間隔Ｔ應該取得盡量短，以保證在這段Ⅱ寸間內流量瞬時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機及Ｄ／Ａ變換器，以給出流量瞬時值、累積值、壓力、壓差、溫度、時間等硬拷貝數據和用于控制的模擬信號。８２７９芯片是一塊可編程的鍵盤／顯示控制器。小鍵盤的片ｊ途ｔ要是：在初始化時來設定參數，這些參數包括孔板尺寸、流量系數、束流膨脹系數、采樣刪問間隔、傳感器或變送器的刻度系數以及ＰＩＤ控制參數等等。

　　２２應用軟件

　　測量和控制程序以及常系數（不變的）都被同化在即ＲＯＭ中，而象時間、各種鋇４量值、運算ｔ｛１間值和最終結果等都放丁Ｒ＾Ｍ中，通常只用ｓ１５５中的ＲＡＭ就可以了。但如果計算流量的系數變化很多，例如在測量蒸汽流遺時，流量系數Ｑ、柬流膨脹系數Ｆ等都和蒸汽狀態有關。

　　蒞往要通過查表或計算求得。另外在至ｉ求復雜的控制時，８ｉ５５的Ｒ州也刈‘能不夠，此時可以另加一片ＲＡＭ。

　　系統運行程序示意在圖３中，程序全部用匯編語言編制，運行十分快捷。

　　系統上電后，可以自動啟動也呵以手動肩動。啟動后首先進入初始化程序，接著進行采集、，４／Ｏ轉換以及計算（關】｜計算問題將在卜面單獨介緞）。計算完成后升巾斷，因為在測量和計算過程中，中斷是被關閉的。此后便進入到顯示、打印（有定時打印和人ｆ：隨機打印兩種）和等待程序。所謂等待是指計時是否到了所確定的時間間隔，比如，假設采樣周期為ｌＯｓ，如果還未到１０ｓ，則程序一直在循環輸出Ｄ／Ａ值并且判斷１０５的周期是否到了；如果１０ｓ周期己到，則立即關中斷，并進人下一次采樣。

　　系統的計算是采用一個四字節的計算子程序進行的，該子程序中每個數據都用四個字節（８ｂｉｔ）的浮點數來表示，其中尾數用三個字節（其中２３位數值，一個符號位）階碼用一個字節（其中階符一位．數字７位），顯然精度是足夠的。可以進行加減乘除和多種超越函數的計算（如三角函數、指數、對數、任意數的任意次冪）邏輯運算以及數據類型的轉換等。

　　２．３關于中斷。

　　８１５５有較強的中斷功能，它肯五級外部中斷，共三種類型：

　　（１）１ＮＴＲ中斷，是一般的中斷，可以用ＥＩ和ＤＩ（開中、芙中）指令進行控制。ＩＮＩＲ指令使ｃＰＵ讀由外部設備放到數捌總線上的數值形成一條指令，指向八個闖定的內存地址，并按這些地址中的一個啟動運行程序。

　　（２）ＲＳＴ５５，ＲＳＴ６．５，Ｒｓ【７５是■個硬件中斷，其中ＲＳｌ７５中斷級別最高，６５次之，５．５再次。ＲＳＴＳ．５，ＲＳＴ６５是電平起作用，當這些輸入端保持有高電平時處理就響應中斷。ＲＳｌｌ７．５輸入端有上跳沿時，進入中斷。這二個ｃｐ斷使用非常方便。我們安排ＲＳＴ５５的計時

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

　　２．４關于數字濾波

　　由ｆ傳感器或變送器輸出的有用模擬信號經專線傳輸都會受到各種干擾，這些干擾信號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，而采用數字濾波則很容易獲得較為理想的效果。所謂數字濾波實質上就是一系列測量的結果進行必要的計算、比較和判斷，保留下合乎要求的信號，舍棄Ｔ擾人的個別信號。通常情況下，由丁干擾信號多是隨機的，且薩負相間，同此均值可能為零。在這種情況卜，崩多次測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。若在一系列測最中，由于突發因索引起某一個或兒個數據產生較大誤差（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，從而提高了測量精度。我們的程序Ｌ｝Ｉ有算術平均值濾波，中值濾波和脈沖干擾濾渡等幾種濾波方式可供選擇。

　　２．５關于Ｄ／Ａ和控制

　　在很多情況Ｆ要求對流量進行控制，采用了智能式流量計欲實現這一要求是很容易的。比較許多控制算法，我們認為在丁業領域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參數：Ｋ（比例系數）、Ｔ，（積分時間常數）和Ｔ。（微分時間常數），則不必求出被控制對象的數學模型，就可以實現對其的擋制。基本的ＰＩＤ分為位置型和增量型兩種，這兩種算法，剛戶可以仟意選崩。眾所周知?在實現ＰＩＤ控制時，采樣時間Ｔ、ｋ。、Ｔ。以及Ｔ。的選取：是特別重要的。使片ｊ過儀表控制的單位，在ｌ＋產中－三經積累了豐富的經驗，因此選定這些參數：孓是爪難的事情，但對Ｊ經驗不多的單位呵圳采用湊試法域試驗法逐漸解泱。

　　３流量計的現場總線化

　　工業生產過程自動控制經歷ｒ一個由分散到集中再到分散的過程：即五、六十年代的模擬控制是～種初級的分別對各二｝二、業參數邊行的簡單控制，列實際存在＿Ｆ：Ｌ業生產過程中的參數的復雜關系，無法實現解耦，因而控制精度很低；數字計算機直接應川ｆ生產過程控制，解決了上述問題，但＿｝｛ｊ１臺計算機實現集中控制，問題也很多。首先是危險十分集中，一旦計算機出毛病，則可能拿線癱瘓。其次連接傳感器、計算機、執行機構要用大量的導線電纜。半導體技術的飛速發展以及微處．群機的出現．使計算機價格迅速降低，從而出現ｒ集散型控制系統（ＤＣＳ）一分散控制集中管理系統。近幾年來現場總線技術又得到ｒ較快地發展．它是一種完全分散地測控系統，傳感器和擰制器部做成智能式的，傳感器的輸出信號均是數字式．它們可以連接到同一對總線上，進行遠距離傳輸，具有極強的抗１＝擾能力和節省人量布線開銷。

　　具肯現場總線特征的產品和系統很多，如Ｒｓ－－４８５接ｕ、ＢｉｔＢｕｓ總線、ＣＡＮ總線、ｔｆＡＩ｛Ｔ協議、ＰｒｏｔｉＢｕｓ和Ｌｏｎｗｏｒｋ等等。Ｕ｝ｉ百，現場總線基金會（ＦＦ）己制定了現場總線技術標準。

　　ＨＡＲＴ協議，保留了三型表中４～２０ｍＡ的』：業標準信號。它允許在同一個回路上有數字和模擬信號同時傳輸而互不影響，因而使得由三型表變送器往現場總線過渡變得容易，所以｝ｉ＾ｊ『ｒ協議得劍了廣泛地麻用，在智能式變送器領域中占到了３／４左右。

　　ｌｉＡＲｌ－協議規定在４～２０口１＾模擬信號ｋ餐加一個幅值只有十０５ｍＡ的數字信號，數字０用１２００１１ｚ表示．數字１用２２００Ｈｚ表示（見圖４）。數字信號在一個整周期內平均值為零，困咖Ｅ對直、褫的４～２０ｍＡ模擬信號沒有什么影響。眥ＲＴ的通訊協議也較１ＳＯ（國際標準化組織）