摘要(yao):介紹(shao)了一(yi)種渦(wo)輪式(shi)氣體(ti)流量(liang)計 的(de)溫度(du)、壓力(li)補償(chang)方法(fa)，該方(fang)法采(cai)用MS5535B傳(chuan)感器(qi)測量(liang)被測(ce)氣體(ti)的溫(wen)度和(he)壓力(li),采用(yong)軟件(jian)方法(fa)進行(hang)補償(chang)。
0引言(yan)
　　氣體(ti)的流(liu)量通(tong)常用(yong)體積(ji)流量(liang)來表(biao)示，體(ti)積流(liu)量是(shi)指單(dan)❌位☂️時(shi)間🏃内(nei)通過(guo)管路(lu)任一(yi)截面(mian)的氣(qi)體體(ti)積。但(dan)是由(you)于氣(qi)體分(fen)子排(pai)🌐列松(song)散，随(sui)着溫(wen)度或(huo)壓力(li)的變(bian)化，分(fen)子間(jian)距會(hui)發生(sheng)變化(hua)，體積(ji)也會(hui)發生(sheng)相應(ying)的變(bian)化。體(ti)積與(yu)壓力(li)成反(fan)比，與(yu)溫度(du)成正(zheng)比，在(zai)溫度(du)和壓(ya)力變(bian)化的(de)情況(kuang)下，無(wu)法計(ji)量和(he)比較(jiao)氣♌體(ti)的體(ti)積流(liu)量，需(xu)要将(jiang)其統(tong)一轉(zhuan)換爲(wei)标準(zhun)狀态(tai)下的(de)體積(ji)流量(liang)。工程(cheng)上氣(qi)🐉體流(liu)量--般(ban)都以(yi)标準(zhun)狀态(tai)下的(de)體積(ji)流量(liang)來表(biao)示。因(yin)此，需(xu)要對(dui)工作(zuo)狀态(tai)下測(ce)得的(de)氣體(ti)流量(liang)♌進行(hang)溫度(du)、壓力(li)補償(chang)"。
1渦輪(lun)式氣(qi)體流(liu)量計(ji)的溫(wen)度、壓(ya)力補(bu)償方(fang)法.
　　渦(wo)輪式(shi)氣體(ti)流量(liang)計直(zhi)接測(ce)量的(de)是工(gong)作狀(zhuang)态下(xia)氣體(ti)的🆚體(ti)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼積流(liu)量，标(biao)準狀(zhuang)态下(xia)氣體(ti)的體(ti)積流(liu)量爲(wei):
 
　　式中(zhong)qvn、qv一分(fen)别爲(wei)标準(zhun)狀态(tai)和工(gong)作狀(zhuang)态下(xia)的體(ti)積流(liu)☁️量，m³/h;p、T、Z一(yi)分💋别(bie)爲工(gong)作狀(zhuang)态下(xia)絕對(dui)壓力(li)(Pa)，熱力(li)學溫(wen)度(K)和(he)氣體(ti)⚽壓縮(suo)系數(shu);pn、Tn、Zn一-分(fen)❌别爲(wei)标準(zhun)狀态(tai)下絕(jue)對壓(ya)力(Pa)，熱(re)力學(xue)溫度(du)(K)和氣(qi)💚體壓(ya)縮系(xi)數日(ri)。
　　由于(yu)被測(ce)氣體(ti)所處(chu)狀态(tai)壓力(li)較低(di)，且溫(wen)度大(da)大.高(gao)于臨(lin)界溫(wen)😍度，因(yin)此可(ke)以按(an)理想(xiang)氣體(ti)計，這(zhe)時氣(qi)體壓(ya)💔縮系(xi)數取(qu)爲18。将(jiang)☔測量(liang)得到(dao)的工(gong)作狀(zhuang)态下(xia)的溫(wen)度和(he)壓力(li)數值(zhi)帶入(ru)(1)式，即(ji)可得(de)到補(bu)償後(hou)的氣(qi)體流(liu)量數(shu)🚶‍♀️值。
2溫(wen)度、壓(ya)力測(ce)量用(yong)傳感(gan)器
　　工(gong)作狀(zhuang)态下(xia)的溫(wen)度、壓(ya)力數(shu)值可(ke)采用(yong)型号(hao)爲MS5535B的(de)集成(cheng)壓🛀力(li)傳💁感(gan)🔞器來(lai)進行(hang)測量(liang)。MS5535B的主(zhu)要功(gong)能是(shi)将從(cong)壓阻(zu)式💁壓(ya)力傳(chuan)感器(qi)輸出(chu)的🔞未(wei)經補(bu)償模(mo)拟電(dian)壓值(zhi)轉😘換(huan)爲16位(wei)的數(shu)字量(liang)，同時(shi)提供(gong)-一個(ge)傳感(gan)器溫(wen)度的(de)16位數(shu)字量(liang)。該芯(xin)片具(ju)有如(ru)下特(te)點🐅:
1)0-14bar的(de)絕對(dui)壓力(li)範圍(wei)
2)芯片(pian)中存(cun)有用(yong)于軟(ruan)件補(bu)償的(de)6個系(xi)數
3)15位(wei)的ADC.
4)3線(xian)串行(hang)接口(kou).
5)1個系(xi)統時(shi)鍾(32.768kHz)
6)低(di)電壓(ya)低能(neng)量消(xiao)耗
7)供(gong)電電(dian)壓在(zai)2.2V~3.6V
8)低電(dian)壓電(dian)流
9)-40~+125℃工(gong)作溫(wen)度
MS5535B有(you)8個引(yin)腳，引(yin)腳定(ding)義和(he)功能(neng)如表(biao)1所示(shi)。
 
3溫度(du)、壓力(li)測量(liang)傳感(gan)器與(yu)單片(pian)機的(de)接口(kou).電路(lu)設計(ji)
　　MS5535B與單(dan)片機(ji)MSP430F147的通(tong)信是(shi)通過(guo)3線同(tong)步的(de)串行(hang)接口(kou)實現(xian)的。圖(tu)1爲🍉壓(ya)🚶‍♀️力傳(chuan)感器(qi)MS5535B和單(dan)片機(ji)MSP4320F147的硬(ying)件連(lian)接圖(tu)。單片(pian)機MSP430F147的(de)P2.1引腳(jiao)🌂輸出(chu)同步(bu)串行(hang)✏️時鍾(zhong)信号(hao)，P2.4引腳(jiao)采樣(yang)由MS5535B輸(shu)出的(de)數🈲據(ju)，P2.2引腳(jiao)🔞輸出(chu)數據(ju)給MS5535B,P2.0引(yin)♌腳向(xiang)MS5535B輸出(chu)32.768kHZ的主(zhu)時鍾(zhong)信号(hao)。
 
4軟件(jian)設計(ji)
　　MS5535B輸出(chu)的電(dian)壓與(yu)溫度(du)和測(ce)量過(guo)程的(de)誤差(cha)有很(hen)大關(guan)系，所(suo)以需(xu)✔️要補(bu)償這(zhe)些影(ying)響。補(bu)償是(shi)通過(guo)單片(pian)機MSP430F147軟(ruan)件補(bu)償來(lai)實現(xian)的。補(bu)償用(yong)的校(xiao)準數(shu)據Wordl到(dao)Word4存儲(chu)在MS5535B的(de)64位PROM中(zhong)，可🌍通(tong)過單(dan)片機(ji)MSP430F147的軟(ruan)件讀(du)出用(yong)于對(dui)16位的(de)壓力(li)值(D1)和(he)16位溫(wen)度值(zhi)(D2)進行(hang)補償(chang)，得到(dao)用于(yu)渦輪(lun)📐式氣(qi)體流(liu)量計(ji)溫度(du)、壓力(li)補償(chang)的壓(ya)力值(zhi)和溫(wen)度值(zhi)。圖2描(miao)述了(le)讀取(qu)壓力(li)值、溫(wen)度值(zhi)和軟(ruan)件補(bu)償執(zhi)行的(de)過程(cheng)。首先(xian)，通過(guo)串行(hang)🛀接口(kou)讀🐕出(chu)wordl到word4。下(xia)一步(bu)，用位(wei)方式(shi)邏輯(ji)和移(yi)👨‍❤️‍👨位❌操(cao)作取(qu)出補(bu)償系(xi)❤️數C1到(dao)C6(wordl到word4的(de)位模(mo)式參(can)🐇考表(biao)2)。然後(hou)💛單片(pian)機MSP430F147通(tong)過串(chuan)行接(jie)口讀(du)取16位(wei)的壓(ya)力值(zhi)(D1)和16位(wei)溫度(du)值(D2)。最(zui)後，通(tong)過D1、D2和(he)C1到C6運(yun)用圖(tu)2所示(shi)的運(yun)算法(fa)👨‍❤️‍👨則計(ji)算出(chu)補償(chang)後的(de)壓力(li)值。
 
 
　　Wordl到(dao)Word4、D1和D2是(shi)通過(guo)3線同(tong)步串(chuan).行通(tong)信讀(du)取的(de)。MS5535B在SCLK的(de)，上升(sheng)沿采(cai)樣一(yi)位，并(bing)💘且在(zai)上升(sheng)沿發(fa)送一(yi)-位，以(yi)此來(lai)實現(xian)信号(hao)轉換(huan)的同(tong)步。單(dan)片💛機(ji)MSP430F147在SCLK的(de)下降(jiang)沿采(cai)樣從(cong)MS5535B的DOUT引(yin)腳🔴輸(shu)出的(de)數據(ju)，并👣且(qie)在SCLK的(de)💛下降(jiang)沿将(jiang)數據(ju)發送(song)到MS5535B的(de)DIN引腳(jiao)，SCLK信号(hao)是☁️由(you)單片(pian)機💰MSP430F147産(chan)生的(de)。輸🔴出(chu)數據(ju)的選(xuan)擇通(tong)過向(xiang)MS5535B的DIN(數(shu)據輸(shu)入)腳(jiao)輸入(ru)相💁應(ying)的指(zhi)令來(lai)實現(xian)。
 
　　如圖(tu)3所示(shi)，MS5535B和單(dan)片機(ji)MSP430F147的每(mei)一次(ci)通訊(xun)都是(shi)以單(dan)片機(ji)MSP430F147向MS5535B芯(xin)片的(de)DIN腳發(fa)送一(yi)個指(zhi)令序(xu)列開(kai)始的(de)。在每(mei)一個(ge)指令(ling)序列(lie)之前(qian)都有(you)一一(yi)個開(kai)始序(xu)列(3個(ge)高電(dian)平1),每(mei)一個(ge)指令(ling)序列(lie)之後(hou)都有(you)一個(ge)停止(zhi)序列(lie)(3位低(di)電平(ping)0)。每一(yi)條指(zhi)令有(you)四位(wei)組成(cheng)，用于(yu)選擇(ze)由MS5535B的(de)DOUT腳輸(shu)出的(de)是壓(ya)力、溫(wen)度☀️或(huo)是校(xiao)準數(shu)據。在(zai)輸出(chu)壓力(li)和溫(wen)度時(shi)，在停(ting)止序(xu)列🛀🏻的(de)最後(hou)--位時(shi)，MS5535B的DOUT腳(jiao)⛷️會輸(shu)出一(yi)個應(ying)答信(xin)号一(yi)低電(dian)平到(dao)高電(dian)平的(de)轉換(huan)，表示(shi)了一(yi)次轉(zhuan)換的(de)🏃‍♂️開始(shi)。應答(da)信号(hao)之後(hou)，單片(pian)機MSP430F147向(xiang)MS5535B的SCLK腳(jiao)輸人(ren)2個脈(mo)沖，然(ran)後再(zai)輸出(chu)低電(dian)平，保(bao)持MS5535B的(de)SCLK腳爲(wei)低，直(zhi)到在(zai)MS5535B的DOUT腳(jiao)出現(xian)💘由高(gao)到低(di)的信(xin)号，表(biao)示轉(zhuan)換結(jie)束。單(dan)片機(ji)MSP430F147通過(guo)向MS5535B的(de)SCLK腳輸(shu)入另(ling)外的(de)17脈沖(chong)讀出(chu)MS5535B的DOUT腳(jiao)輸出(chu)的16位(wei)數字(zi)。
　　如果(guo)單片(pian)機MSP430F147和(he)MS5535B失去(qu)同步(bu)性，可(ke)以用(yong)通過(guo)複位(wei)指令(ling)來重(zhong)新💋啓(qi)動。在(zai)每--次(ci)轉換(huan)指令(ling)之前(qian)先向(xiang)MS5535B的DIN腳(jiao)發送(song)複位(wei)指令(ling)，以防(fang)止由(you)🔞于電(dian)氣沖(chong)突協(xie)議長(zhang)久挂(gua)起。
5結(jie)論
　　氣(qi)體渦(wo)輪流(liu)量計(ji) 采用(yong)MS5535B檢測(ce)工作(zuo)狀态(tai)下的(de)氣體(ti)溫度(du)和壓(ya)力，用(yong)軟件(jian)🏃🏻‍♂️實現(xian)溫度(du)和💋壓(ya)力自(zi)動補(bu)償。試(shi)驗證(zheng)明實(shi)驗樣(yang)機實(shi)現了(le)系統(tong)要求(qiu)的主(zhu)❌要技(ji)術指(zhi)标。

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