基于热消散法测量气体微小流量方法的研究

发布时间：2017-07-06 11:11

  本文关键词：基于热消散法测量气体微小流量方法的研究

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【摘要】：本文采用了基于热传导定律基本原理设计了恒温差式热式气体质量流量计。传统的仪表采用容积计量的方式容易受到环境因素影响,并且对小流量的测量不能准确测出,严重影响流量计测量的精度。因此本课题的研究主要是针对气体的小流量质量测量研制了一种新型的热式质量流量计。热式质量流量计是基于传热原理检测流体质量流量的仪表,即根据流动中的流体与热源之间热量交换关系来直接测量流体质量流量的仪表。本文还详细的介绍了对这种热式流量计的设计过程。本课题所设计的基于热消散法恒温差式热式气体质量流量计,采用铂电阻Pt20和Pt100作为流量传感器的测量元件,保障流量传感器Pt20和Pt100的之间的温差为80℃。按照流量传感器的特点,研究设计热式质量流量计的硬件测量与控制电路。根据工业仪器仪表对质量流量的测量要求,尽量简化硬件电路设计,选用质量好性价比高的元器件,减少系统的整体误差,保证系统的稳定性和精确度。本课题所设计的热式质量流量计选用C8051F410单片机作为控制器。设计了主控单片机的软件和流量计与计算机之间的通信协议,根据设定好的介质、管道直径等参数,按照实际需要,将系统测量的实时数据准确的传输到计算机中,实现数据的交换和传输。然后通过上位机软件对实验结果进行处理。最后,将设计完成的热式质量流量计经过标准流量发生装置,确定热式气体质量流量计的质量流量与输出电压信号之间的函数关系。为了更好的获取精确的流量数据达到工业测量要求,通过曲线拟合的算法,得出公式作为单片机系统的瞬时流量表达式,获得被测气体的流量数据。热式气体质量流量计与计算机相连接通过RS-485通讯接口,实现了计算机和热式气体质量流量计的通讯,并且各种实时参数也能进行设定和读取,保证流量计的测量精度。热式质量流量计的测量量程可以按照要求设置,在满量程范围内输出4mA至20mA电流,实现流量的准确控制。
【关键词】：流量计 质量流量 热消散 单片机 恒温差式
【学位授予单位】：齐齐哈尔大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH814
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-18
• 1.1 引言11
• 1.2 流量的基本知识11
• 1.3 层流状态与湍流状态11-13
• 1.4 气体流量测量方法简介13-15
• 1.4.1 差压法13
• 1.4.2 浮子法13-14
• 1.4.3 容积法14
• 1.4.4 涡轮法14
• 1.4.5 涡街法14-15
• 1.4.6 科里奥利法15
• 1.4.7 热量传递（消散）法15
• 1.5 国内外研究现状15-16
• 1.6 气体流量测量存在的问题16-17
• 1.7 本文的主要工作17-18
• 2 热式气体质量流量测量技术的介绍18-28
• 2.1 热式气体质量流量计的简介18-19
• 2.1.1 热式质量流量计的分类18
• 2.1.2 热式气体质量流量计的优缺点18-19
• 2.2 热式气体质量流量计的系统原理19-20
• 2.3 热式气体质量流量计的测量方法20-23
• 2.3.1 测量方法的介绍20-21
• 2.3.2 测量方法的选择21-23
• 2.4 传感器的选择23-25
• 2.5 系统的设计规划25-27
• 2.5.1 总体设计规划25-26
• 2.5.2 系统的硬件设计规划26-27
• 2.5.3 系统的软件设计规划27
• 2.6 本章小结27-28
• 3 热式气体质量流量计的硬件设计28-39
• 3.1 硬件设计的总体结构28
• 3.2 微控制器的选择28-32
• 3.3 系统电源的设计32-34
• 3.4 流量信号转换器的电路设计34
• 3.5 A/D电路的设计34-35
• 3.6 D/A电路的设计35-36
• 3.7 液晶显示电路的设计36-37
• 3.8 通讯接口的设计37
• 3.9 印刷电路板的设计37-38
• 3.10 本章小结38-39
• 4 热式气体质量流量计的软件设计39-47
• 4.1 系统的通信协议39-41
• 4.2 C8051F410单片机的软件设计41-44
• 4.4 上位机软件的设计44-46
• 4.5 本章小结46-47
• 5 实验研究与系统测试47-52
• 5.1 标准流量测定系统47-48
• 5.2 曲线拟合48-50
• 5.3 测试结果50-51
• 5.4 本章小结51-52
• 结论52-54
• 附录A 系统总体电路图54-55
• 附录B 系统主程序55-58
• 附录C 系统通信协议58-66
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况66-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-72

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本文编号：525943