精密温度补偿流量计的设计思想与工作原理

随着我国甲醇、甲醛生产技术不断提高和科学的发展，流量仪表的研究越来越受到自动控制界的广泛重视，尤其是精密温度补偿功能的仪表受到各仪表商的关注。精密温度补偿流量计研发包括机械制造、微型计算机、检测电路硬化、软件、性能标定等多方面的知识，我们仅在微型计算机、检测电路硬化、软件、性能标定技术方面进行了研究，设计出精密温度补偿流量计。

1. 精密温度补偿流量计的设计思想

1.1 要想实现液体流体的温度补偿型所面临的基本问题

实现液体流体的温度补偿型一方面要求介质温度传感器传输给微型单片机的数据要准确可靠，另一方面要求微型单片机数据处理速度要快，在完成流量数据计算的同时，还要及时对温度数据进行处理并对流量数据精密补偿。

1.1.1 介质温度的获得

为了保证介质温度准确可靠的传输给微型单片机，我们选用国内外较成熟的铂热电阻Pt100作为介质温度传感器，生产商选用日本国“CRZ”系列产品。使温度的线性、准确度、可靠性得到了保证。

1.1.2 提高数据处理速度

由于流量传感器送来信号频率较高，所以要求微型单片机数据处理速度要快，为了使流量信号和温度数据得到及时处理，选用了2片微型单片机（双CPU），同时提高晶振频率。

1.2 实现机电一体化设计，保证电路为低功耗，使仪表正常工作时间为3到8年（核心部件无故障时间）。

1.2.1 流量传感器的选用

目前国内外仪表市场上，涡轮液体流量仪表仍然占主流，随着机械制造技术的不断提高，涡轮液体流量仪表机械使用寿命越来越长，而且计量精度高、结构简单、易于维护。所以选用了较成熟液体涡轮为流量传感器。

1.2.2 低功耗设计

电路元器件全部采用表贴（SMD），微型单片机选用美国Microchip公司生产品，整个电路工作状态由烧写在微型单片机的软件控制，当无流量信号时软件会自动识别，并且进入休眠低功耗状态。选用大容量锂电池，保证了仪表长期稳定工作，电池电压低于厂家设定值时，仪表显示屏会有“电池！” 以2Hz频率的速度闪烁，仪表还可以正常工作一个月以上。

2. 精密温度补偿流量计的硬件设计

2.1 机电一体化设计。

由表体、电子表头、流量传感器、温度传感器组成，如图1所示。表体为全不锈钢制造，以适应各种流体介质的需要。表头为铝合金，使电路抗干扰能力强。防爆等级为ExdⅡBT4，ExiⅡBT4。温度传感器为不锈钢外套。

2.2 精密温度补偿流量计电路的设计与工作原理。

电路由流量前置放大器、温度前置放大器、传感器激励电源、微型单片机1、微型单片机2、轻触键盘、流量输出1（单位为4-20mA）电路、流量输出2（单位为升）、液晶显示器等组成。液晶显示器如图2所示。微型单片机1将温度补偿后的流量数据送到微型单片机2，经微型单片机2将数据处理后，一路送往D/A并转换成4-20MA后输出，另一路转换成数字量以升（KG）输出。

3. 精密温度补偿流量计的软件设计

采用模块化，分为初始化、主程序、中断子程序、键盘服子程序、数据采集子程序、数据处理子程序、显示子程序、数据输出子程序。主程序流程图见图3。用户可以根据需要通过键盘修改软件中的各种参数，如介质温度系数、流量系数、流体密度等。

4. 计量性能标定

4.1 频响测试。

使用香港“龙威”牌信号发生器和美国“TeKtronix”示波器检测精密温度补偿流量计的频响性能为5~3000Hz（M段）范围内时，输出电压幅度≧3.1Vp-p完全可以满足各种流量传感器的要求。频响曲线图见图4。

4.2 计量性能检定。

使用直径15mm流量传感器， 流量系数392.4I/L，用100升容器在不同瞬时值连续测量10次，得出度等级±0.2%，线性度±0.18%，重复性±0.03%。

4.3 温度检定。

使用上海电工仪器厂0.02级“标准直流电阻箱”，输入不同温度范围（-40℃~90℃），液晶屏显示精度±0.3%。

5. 结束语

本精密温度补偿流量计采用了2片微型单片机（双CPU），使流量、温度数据处理速度要快，保证了温度补偿流量计计量精度，选用了较成熟液体涡轮流量传感器，实现了机电一体化，安装极为方便，容易检修。因智能化设计，一切复杂事情都由微型单片机（双CPU）来完成，所以操作简单，抗干扰能力强。电路、软件为低功耗设计，所以可靠性高，使用寿命长。RS-232通讯接口可与上位机通讯，脉冲输出功能可与智能定值控制仪配套组成精密灌装系统，4-20mA 输出功能可连接各种流量计算仪，实现远传指示。

从该精密温度补偿流量计的技术性能和运行情况看，利用该精密温度补偿流量计，可以较好的实现对各种流体的精密温度补偿，而且精度高、线性度好。有效减少由于温度引起液体化工产品的计量误差所造成的经济损失。是最理想计量液体的流量计之一。该产品可广泛适用于冶金、化工、石油、城建、环保、食品等领域，可靠测量水、自来水、污水、柴油、汽油和低粘度原油等液体的体积流量。尤其在甲醇、甲醛的流量计量中，具有国内外技术领先水平。
       责任编辑：wv