0引言
    流量測量是工業(yè)生產(chǎn)和過程控制中的重要監(jiān)測參數(shù)之一，在多個領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。目前常用的幾種流量計主要有渦街流量計、孔板流量計、渦輪流量計、超聲波流量計、熱式質(zhì)量流量計和差壓流量計等，其中差壓式流量計具有技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長、適應(yīng)性強和價格低廉的優(yōu)點，已經(jīng)成為主流的流量測量儀表，廣泛應(yīng)用于各種流量測量”?！ａ槍Σ顗毫髁坑嫷奶攸c，設(shè)計的背靠管式差壓氣體流量計采用微
壓差傳感器為核心檢測元件。以單片機為核心的測量系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高、誤差小和測量下限低的優(yōu)點，是一種可靠穩(wěn)定的流量檢測儀表。
1差壓氣體流量計的工作原理
    差壓式流量計利用節(jié)流裝置或其他差壓檢測元件，與差壓計配合使用來測量流速．其測量依據(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，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)計了一個低通濾波電路，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設(shè)計   

單片機控制電路負(fù)責(zé)信號采集和數(shù)據(jù)處理。信號采集利用單片機內(nèi)部集成的12位ADC，把信號調(diào)理電路放大后的直流電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。單片機通過讀取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，把電壓信號與氣體風(fēng)速的關(guān)系擬合出來，然后再根據(jù)管道直徑計算出氣體的體積流量。為了得到更高的壓差，設(shè)計15唧處對稱各開一個直徑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氣體流量計結(jié)構(gòu)設(shè)計       

       氣體流量計還設(shè)計了多種輸出接口，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)為長方體型，在長方體內(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2個直徑為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的使用方式更加靈活。
   

3試驗結(jié)果與分析
    在實驗室內(nèi)對設(shè)計的背靠管式差壓氣體流量計進行風(fēng)洞試驗，測試數(shù)據(jù)如表1所示。
因此節(jié)流體產(chǎn)生的壓差非常強，能夠在較低的風(fēng)速下產(chǎn)生的壓差，對于低流速測量和提高測量靈敏度非常有利。

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

     在風(fēng)洞測試時，當(dāng)風(fēng)速達到10 61 m／s時，A／D采樣值為
3 976，已經(jīng)達到滿量程輸出。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的測量上限為10 m／s左右，測量下限低于0．5 m／s，可以滿足對于極低流速的測量。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)處理時采用分段擬合的方式，即把相鄰兩點的風(fēng)速與A／D采樣值當(dāng)作線性處理。雖然在一定程度上會增大測量誤差，但可以降低數(shù)據(jù)處理的難度，而且測試也證明，流量計的輸出流量與實際流量之間的誤差低于
I％，完全可以滿足實用需求。
4結(jié)束語
    設(shè)計的背靠管式節(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的測量下限．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)洞試驗證明，該流量計可以達到低于0 5 m／s的風(fēng)速測量下限．能夠滿足對較低風(fēng)速的測量，其測量誤差小于1％，具有較高的測量精度，而且該流量計采用插入式結(jié)構(gòu)，安裝方式靈活，可實現(xiàn)對氣體流量的在線檢測和維護。