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热式质量流量计的设计及应用

吕丽  
【摘要】:在现代工业的生产过程中,为有效地进行生产操作和控制,需要测量生产过程中各种介质的物理参数。其中,流量是需要经常测量和控制的重要参数之一。通常,流量的测量有体积和质量测量两种方法。而体积流量流量计往往受温度、压力等工况的变化而影响测量精确度。所以,在要求精确测量的场合就必须采用质量流量计量。本文的热式质量流量计TMF(Thermal Mass Flowmeter)是利用热消散(冷却)效应的金氏定律(King'S Law)。热式气体质量流量计(Thermal Mass Flowmeter)是基于对流换热的原理测量气体流量的,起源于60年代末期。随着微电子技术的发展,测量手段和补偿方法得到了很大的提高。本课题的研究方向在于设计一种精度较高的热式气体质量流量计,在目前广泛应用的差压式流量计难以解决的低流速,大口径的热式气体质量流量计。热式质量流量计利用热消散效应的金氏定律(King'S Law),恒温差测试法来实现,是基于模块化,全密封,便于安装拆卸的设计理念。根据设计要求和课题特点,确立了大致的设计方案和总体框架。主要有以下几点:(1)硬件系统的设计主要分为三个部分:采样模块,运算模块和通信模块。硬件设计方面以TI公司生产的MSP430单片机作为核心部件,采用模块化的设计理念。采样模块与测量端相连,将所测得的流量变化转换成电压信号,并通过信号调整和高精度的采样得到输入信号;运算模块通过对输入信号的分析和运算得到瞬时流速和累计流量,并通过带有键盘和LCD的人机操作界面进行在线显示;通信模块主要负责将所测流量转换为模拟量和上位机进行通信。(2)软件部分的程序设计主要针对单片机进行软件部分的设计,主要实现数据采集、数据处理、运算和输出等功能。和硬件部分一样采用模块化设计,以便于系统的维护和升级。(3)仪表测试仪表测试是检验设计是否达到了预期的效果。本课题最后通过实验平台对样机的性能进行了测试。试验结果显示本课题所设计的热式质量流量计的性能基本上达到了预期的要求。


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