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1、 毕业设计题 目一体化流量变送器开发一体化流量变送器开发摘 要近年来，伴随着工业生产、医疗卫生等领域的技术进步，人们对流量计量提出了更高的要求。单纯的体积流量测量已经不能完全满足实际的测量要求，在工业生产的配比和品质控制，物料和能量平衡以及贸易储运中往往需要知道的量是质量流量，因此开发一体化变量变送器具有研究和工业实用价值。该论文首先介绍了流量测量的意义、差压流量计的基本测量原理、一体化流量变送器的发展过程与现状以及流量计的发展及应用引出差压、绝压、及温度测量的原因，然后讲述了一体化变送器的整体框架及传感器和单片机的选型，最后讲述了一体化流量变送器的硬件设计其中包括了硬件设计环境PROTEL的
2、简介，MSP430F149单片机系统设计 ，HART信号传输模块设计，对差压 、绝压、温度的测量电路设计 。通过理论分析、电路设计，该变送器能较好的完成测量任务，结果准确，测量电路明确，系统功耗低，运行可靠。提高了测量的精确度具有非常好的发展前景。关键词：流量计，差压，绝压，温度，低功耗The development of Integration flow transmitter AbstractIn recent years, people have paid much more attention to the accuracy offlow measurement as technolo
3、gy progresses. But the volume fluidmeasurement can not meet the requirements for the industrial developmentany longer. In mixture and quality control of industry, material and energybalance as well as commerce storage, what we need is mass flow measurement.So mufti-variable transmitter has research
4、and industrial value.This paper firstly introduces the flow measurement significance, the basic differential flowmeter measuring principle and the development of the integration process and the rate in-core status and development and application of the flowmeter is led on business press, certainly p
5、ressure, and the temperature measurement of reason, then tells the whole framework and the integrated transmitter sensor and MCU selection, finally tells the integration of hardware design rate in-core including hardware design environment the introduction, MSP430F149 PROTEL SCM system design, HART
6、signal transmission module design, of pressure difference, the absolute pressure, temperature measurement circuit design.Through theoretical analysis and the measurement circuit show that the transmitter can better complete measurement task, results are accurate, the measurement circuit clear, the s
7、ystem low power consumption, reliable operation. Improve the measurement accuracy has very good prospects for development.Key Words：Flowmeter；differential pressure； the absolute pressure；temperature； low power consumption目 录摘 要iAbstractii第一章 引 言- 1 -1.1流量测量的意义- 1 -1.2差压流量计的基本测量原理- 3 -1.3一体化流量变送器的发展过
8、程与现状- 4 -1.4流量计的发展及应用- 4 -1.5课题的主要研究容- 5 -第二章 一体化变送器框架设计及其选型- 6 -2.1一体化变送器的整体结构设计- 6 -2.2传感器的选型- 6 -2.3单片机的选型- 9 -第三章 一体化流量变送器的硬件设计- 11 -3.1 硬件设计环境简介- 11 -3.1.1 PROTEL设计系统发展概况及特点- 11 -3.1.2 PROTEL99的使用方法- 11 -3.2 单片机系统设计- 14 -3.3 HART信号传输模块设计- 21 -3.4 测量电路设计- 23 -3.4.1 绝压信号的绝压信号的测量- 23 -3.4.2 差压信号的测
9、量- 24 -3.4.3温度信号的测量- 27 -3.5 总结- 28 -第四章 总结与展望- 29 -参 考 文 献- 30 -致 谢- 31 -第一章 引 言21世纪是一个信息化的时代，以信息科学、材料工程和生物技术为主要支柱的技术革新正在不断地推动着人类社会由工业化向信息化发展。检测技术及仪表作为感知、采集、转换、处理和传输各种信息不可缺少的重要技术已逐渐渗入到日常生活及生产的所有领域，并日益突显它的重要性。随着科学技术的突飞猛进，工业生产得到不断发展，对检测技术提出了许多新的要求，而新的检测技术和仪表的出现又进一步推动了科学技术的发展，所以说检测技术和仪表是衡量现代科学技术水平高低的一
10、个标志。随着工业技术的发展，作为检测技术重要组成部分的流量测量，因其与国民经济、国防建设、科学技术的密切关系，在经济发展中占有举足轻重的地位。当前，需要测量的流体日趋多样化，对流量测量的准确度要求越来越高。被测流体有气体、液体和混合流体，流体的粘度有高有低，流体的测量条件从高温到低温、从高压到低压，被测介质可能呈层流、紊流、脉动流、混相流等各种流体状态，流体的流量围很宽从微小流量到大流量。为此，要根据被测流体的种类和流动状况以及测量场所等条件，研究各种相应的测量方法。由于测量的复杂性，流量测量仪表己经成为工业过程检测控制仪表中品种最为繁多的一类仪表。各种流量仪表，有着各种不同的测量原理和结构特
11、征，其使用方法也各不一样。因此，测量流量时，事先必须充分研究测量条件，选用适合于相应条件的流量仪表。流量测量技术正日新月异的向前发展。现有的流量仪表在结构和制造技术上不断改进，新型流量仪表不断出现，从而克服了一些以往流量测量技术难以解决的问题。 1.1流量测量的意义在工业生产过程中，流量与温度、压力、物位一样，是一般热工生产过程的重要参数人们依靠这些参数有效地指导生产操作、监视和控制生产过程，实现生产流程的自动化。各流动介质的计量问题及流量的精确测量和调节已经成为当前工业测控系统、能源计量管理、环境保护等领域的一个重要容，是保证生产过程安全经济运行、提高产品质量、降低物质消耗、提高经济效益、实
12、现科学管理的基础。在整个过程检测仪表中，流量仪表的产值约为1/5至 1/4。在能源计量中，使用了大量的流量计，例如石油工业，从石油开采、储运、冶炼加工直到贸易销售的全过程中，任何一个环节都离不开流量计，否则将无法保证石油工业的正常生产和贸易往来。在天然气工业蓬勃发展的现在，天然气的计量引起了人们的特别关注，因为在天然气的采集、处理、储存、运输和分配过程中，需要数以万计的流量计，其中有些流量计涉及到的结算金额数字巨大，对测量准确度和可靠性要求特别高。除此之外，在煤气、成品油、液化石油气、蒸汽、压缩空气、氧气、氮气、水的计量中，也要使用大量的流量计，其中很大一部分用于贸易结算，计量准确度需满足国家
13、的有关标准，这对流量测量提出了很高的要求。在化工行业，流量计量的不准确容易造成化学成分分配比例失调，无法保证产品质量，严重的还会发生安全事故。在电力工业中，流量计量对液体、气体、蒸汽等介质流量的测量和调节具有重要的意义。流量计量的准确与否不仅对保证发电厂在最佳参数下运行具有重大的经济意义，而且随着高温、高压、大容量机组的投产，流量测量己成为保证发电厂安全运行的重要环节。在钢铁工业生产中，炼钢过程中循环水和氧气(或空气)的流量测量是保证产品质量的重要技术手段。在轻工业、食品、纺织等行业中，也都离不开流量计量。在农业生产中，诸如农田水利、气象风速，甚至有些农业机械，像机动喷雾机、水泵的特性测试，同
14、样需要流量计量。在国防建设上，随着空间技术的发展，对流量计量提出了相当高的要求。如宇宙飞船、核潜艇的核动力控制离不开流量仪表;火箭发功机试车一次消耗大量的液化燃料，如果流量不准，不仅经济损失巨大，而且射程也会偏离几千公里:防化装备也少不了流量仪表;有些军事工程甚至配用上千台流量计。在科学研究、对外贸易输送以及与人民生活密切相关的公用设施等方面，流量计量同样占有重要的地位和作用。经济发展的可持续性战略中强调了节约能源、保护环境的重要性。能源是发展国民经济的重要物质基础，当前的能源问题己成为我国国民经济中的一个突出问题。我国是一个能源消耗大国，人均占有资源少，而且能源利用率低(比发达国家低20%左
15、右)，所以我国节能的潜力是很大的。如果能源利用率能提高l%，其经济效益将非常可观。现在节约能源，是国家的一项重要方针，要搞好节能工作，首先必须对能源进行科学管理，能源的计量测试工作就是对能源进行科学管理的一项重要基础工作。这一工作如果做得不好，节能的效果就难以确定。只有对流量进行精确的测量，才能做到“耗能有数，节能有据”。同时为了人类赖以生存的生活空间，对于工业废气排放、污水的治理、垃圾的回收中废物含量的检测和准确测量也显得尤其重要。于是数以万计的烟气排放点和污水排放口都成了流量测量的对象。所以说流量计量对节约能源、保护环境有着重要作用1。流量测量是一门复杂、多样的技术，这不仅由于测量精确度的要求越来越高，而且测量对象复杂多样，这样的要求和情况促进了人们对流量测量的应用研究。1.2差压流量计的基本测量原理差压式流量计在气体的流动管道上装有一个节流装置，其装有一个孔板，中心开有一个圆孔，其孔径比管道径小，在孔板前燃气稳定的向前流动，气体流过孔板时由于孔径变小，截面积收缩，使稳定流动状态被打乱，因而流速将发生变化，速度加快，气体的静压随之降低，于是在孔板前后产生压力降落，即差压（孔板前截面大的地方压力大，通过孔板截面小的地方压力小）。差压的大小和气体流量有确定的数值关系，即流量大时，差压就大，流量小时，差压就小。流量与差压的平方根成正比。差压式流
