0引言
    流量測(cè)量是工業(yè)生產(chǎn)和過程控制中的重要監(jiān)測(cè)參數(shù)之一，在多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。目前常用的幾種流量計(jì)主要有渦街流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、熱式質(zhì)量流量計(jì)和差壓流量計(jì)等，其中差壓式流量計(jì)具有技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、適應(yīng)性強(qiáng)和價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為主流的流量測(cè)量?jī)x表，廣泛應(yīng)用于各種流量測(cè)量”?！ａ槍?duì)差壓流量計(jì)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的背靠管式差壓氣體流量計(jì)采用微
壓差傳感器為核心檢測(cè)元件。以單片機(jī)為核心的測(cè)量系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、誤差小和測(cè)量下限低的優(yōu)點(diǎn)，是一種可靠穩(wěn)定的流量檢測(cè)儀表。
1差壓氣體流量計(jì)的工作原理
    差壓式流量計(jì)利用節(jié)流裝置或其他差壓檢測(cè)元件，與差壓計(jì)配合使用來測(cè)量流速．其測(cè)量依據(jù)是伯努利方程和流體連續(xù)性方程。充滿管道的流體，當(dāng)它流經(jīng)節(jié)流體時(shí)，流束將在節(jié)流體處形成局部收縮，流速增加而靜壓力降低，那么就在節(jié)流體前后產(chǎn)生壓差，流量越大，壓差也越大，此壓差與該流量的平方成正比”’。差壓式流量計(jì)的工作原理示意圖如圖1所示。
    假設(shè)上游管道內(nèi)徑為D，此處的橫截面積為A，，密度為p．，單位面積的流體體積為H，節(jié)流體處內(nèi)徑為d，橫截面積為^：，密度為p：，單位面積的流體體積為K，由流體連續(xù)性方程可得：增益為50，并利用集成濾波器MAX7400設(shè)計(jì)了一個(gè)低通濾波電路，濾波電路的截止頻率為20 Hz，可有效抑制外部干擾㈣。
    2背靠管式差壓氣體流量計(jì)設(shè)計(jì)   

單片機(jī)控制電路負(fù)責(zé)信號(hào)采集和數(shù)據(jù)處理。信號(hào)采集利用單片機(jī)內(nèi)部集成的12位ADC，把信號(hào)調(diào)理電路放大后的直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。單片機(jī)通過讀取A／D轉(zhuǎn)換后的由式(7)可知，節(jié)流體兩側(cè)的壓差越大，在同等條件下可得數(shù)字信號(hào)，把電壓信號(hào)與氣體風(fēng)速的關(guān)系擬合出來，然后再根據(jù)管道直徑計(jì)算出氣體的體積流量。為了得到更高的壓差，設(shè)計(jì)15唧處對(duì)稱各開一個(gè)直徑3 tom的圓孔，分另I稱為迎風(fēng)取壓孔和背風(fēng)取壓孔。 背靠管式差壓氣體流量了一種新型的背靠管式節(jié)流體取壓結(jié)構(gòu)…。結(jié)構(gòu)示意圖如圖2 

2．1氣體流量計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)       

       氣體流量計(jì)還設(shè)計(jì)了多種輸出接口，主要是485數(shù)字通訊接口、4一所示。背靠管式節(jié)流體的主結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)方體型，在長(zhǎng)方體內(nèi)部分  20 rnA電流輸出接口和200～1 000 Hz頻率輸出接口，滿足與不捌設(shè)計(jì)2個(gè)直徑為5 mm的圓柱狀導(dǎo)壓管，導(dǎo)壓管距離底端  同系統(tǒng)的連接通訊，使背靠管式差壓氣體流量計(jì)的使用方式更加靈活。
   

3試驗(yàn)結(jié)果與分析
    在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)設(shè)計(jì)的背靠管式差壓氣體流量計(jì)進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。
因此節(jié)流體產(chǎn)生的壓差非常強(qiáng)，能夠在較低的風(fēng)速下產(chǎn)生的壓差，對(duì)于低流速測(cè)量和提高測(cè)量靈敏度非常有利。

2.2背靠管式差壓氣體流量計(jì)總體設(shè)計(jì)
    利用設(shè)計(jì)的背靠管式節(jié)流體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了背靠管式差壓氣體*量計(jì)，其原理框圖如圖3所示。
    圖3中，微差壓傳感器是整個(gè)系統(tǒng)的核心元件。設(shè)計(jì)選用了一款量程為0．5 FS的高精度硅壓阻式微差壓傳感器，其輸出售號(hào)為0～50 mV的直流電壓信號(hào)，零點(diǎn)輸出為25 mV，內(nèi)部自帶有溫度補(bǔ)償，簡(jiǎn)化了后續(xù)處理的難度。由于微差壓傳感器輸出信號(hào)只有。一50mV，不能直接被模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC所采集，還必須進(jìn)行放大處理。設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的直流放大電路，放大電路有更高的檢測(cè)靈敏度和測(cè)量下限。

     在風(fēng)洞測(cè)試時(shí)，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到10 61 m／s時(shí)，A／D采樣值為
3 976，已經(jīng)達(dá)到滿量程輸出。由表1中的數(shù)據(jù)可以看出，該背靠管式差壓氣體流量計(jì)的測(cè)量上限為10 m／s左右，測(cè)量下限低于0．5 m／s，可以滿足對(duì)于極低流速的測(cè)量。其A／D采樣值與風(fēng)速之間并不是線性關(guān)系，因此數(shù)據(jù)處理時(shí)采用分段擬合的方式，即把相鄰兩點(diǎn)的風(fēng)速與A／D采樣值當(dāng)作線性處理。雖然在一定程度上會(huì)增大測(cè)量誤差，但可以降低數(shù)據(jù)處理的難度，而且測(cè)試也證明，流量計(jì)的輸出流量與實(shí)際流量之間的誤差低于
I％，完全可以滿足實(shí)用需求。
4結(jié)束語
    設(shè)計(jì)的背靠管式節(jié)流體結(jié)構(gòu)能夠在較低的氣體流速下產(chǎn)生較大的差壓，提高了背靠管式差壓氣體流量計(jì)的測(cè)量下限．系統(tǒng)具有多種輸出接口，方便與不同系統(tǒng)連接通訊。通過風(fēng)洞試驗(yàn)證明，該流量計(jì)可以達(dá)到低于0 5 m／s的風(fēng)速測(cè)量下限．能夠滿足對(duì)較低風(fēng)速的測(cè)量，其測(cè)量誤差小于1％，具有較高的測(cè)量精度，而且該流量計(jì)采用插入式結(jié)構(gòu)，安裝方式靈活，可實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體流量的在線檢測(cè)和維護(hù)。