氣體濕度補正流量儀的制作方法

專利名稱：氣體濕度補正流量儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種壓差式氣體流量檢測裝置。
背景技術：
常溫常壓下氣體流量檢測因濕度變化引起的誤差遠遠大于受壓強、溫度變化引起的誤差，而且與差壓式氣體流量計示值壓強、溫度修正相比，濕度的修正要復雜得多。被測氣體的濕度不但與供氣氣源的濕度變化有關，還與生產中伴隨著被測氣體受壓強、溫度變化是否因濕度過飽和而產生凝水，以及被測氣體在生產中是否增添了水份有關，如煤氣中加水除塵。因此，為檢測氣體流量，還應增加濕度檢測傳感器。現有的壓差式氣體流量檢測裝置只能對溫度和壓強引起的誤差進行補償，不能補正因濕度變化引起的誤差，因而所測的結果與實際氣體的流量相差太大，不能滿足生產和實際的需要。

發明內容
為了克服現有壓差式氣體流量檢測裝置不能排除濕度引起的誤差，檢測誤差太大的不足，本實用新型提供一種能補正濕度引起誤差的壓差式氣體流量檢測裝置。
本實用新型正是從上述技術背景所提出的問題入手，將濕度的變化引入常溫常壓下氣體流量的檢測過程中，依據新的數學模型，補正因氣體濕度變化引起的流量檢測示值誤差。
本實用新型采取的技術方案是在常溫、常壓下雨含濕氣體的流量檢測中，濕度引起的誤差遠遠超過溫度和壓強引起的誤差，故依據流體力學及熱力學的流量誤差理論，建立帶溫度、壓強、濕度補正的數學模型，開發氣體濕度補正流量儀。本實用新型采用《流體力學實驗與測量》第16卷第4期87頁介紹的數學模型，該數學模型為 其中
上述數學計算式中qv設計——設計條件下的氣體體積流量qv工作——流量儀顯示的氣體工作狀態流量P設計——設計節流裝置時采用的氣體絕對壓強PH2O設計max——設計節流裝置時，確定的溫度對應的飽和水蒸汽壓強P標準——標準大氣壓強 P工作——工作中節流裝置前的氣體絕對壓強PH2O工作max——工作中實際溫度對應的飽和水蒸汽壓強Φ工作——工作中的相對濕度Φ設計——設計節流裝置時確定的相對濕度T工作——工作中的絕對溫度 T標準——絕對溫度T設計——設計節流裝置時確定的絕對溫度ρH2O工作max——工作時的飽和水蒸汽密度ρ標準——標準狀態下氣體干密度ρH2O設計max——設計節流裝置時確定的飽和水蒸汽密度上述字母符號中只有qv工作、P工作、T工作、Φ工作四項是本實用新型檢測時輸入的動態技術參數，其余的字母符號所表示的技術參數在設計時已輸入單片機芯片U3中。把qv工作、P工作、T工作、Φ工作四項技術參數用相應的傳感器轉變為電信號從接線端子輸入本實用新型，從數碼顯示器顯示出補正后的qv設計——表示實際所測的標準狀態下氣體的體積流量。
本壓差式氣體流量檢測裝置包括外殼、數碼顯示屏、鍵盤操作驅動電路、主控制板、電源板及后部接線端子幾部分組成，數碼顯示屏、操作鍵安裝在外殼正面的顯示板上，主控制版、顯示板和電源板安裝在外殼內，數碼顯示屏采用雙排數碼管，可同時顯示各工程質量瞬時值和流量積算值，在按下操作鍵盤的鍵時顯示參數代碼和參數數值；操作鍵為增鍵、減鍵、設定鍵和翻頁鍵；主控制板上安裝著微處理器、數碼顯示驅動器、鍵盤操作驅動電路、電可讀寫存儲器、A/D轉換器、D/A轉換器和控制輸出器，A/D轉換器具有溫度信號輸入端、壓強信號輸入端和流量信號輸入端，微處理器由主控制作用的單片機芯片U3及外圍電路組成。電源板安裝著穩壓電源，可輸出+5V、-5V、+12V、+24V的直流電、信號+5V；后部接線端子通過外殼的卡入式結構，由金屬彈片與主控制板和電源板相應的端子區連接；主控制板、電源板和顯示板之間通過90度彎的插頭和插座連接在一起。其特征是還設置著實時時鐘，實時時鐘除產生時鐘信號外，還可將工作狀態參數存儲在其中；微處理器的功能是按照事先編寫入內的程序對整體數字電路進行系統監控、產生的數據進行計算存儲，系統監控可提供定時看門狗及電源監視功能；電可讀寫存儲器用于存儲不少于一個月的日累積量，A/D轉換器還具有濕度信號輸入端與濕度信號輸入端相連接的π形濾波電路。
本實用新型的工作過程如下溫度、壓強、流量和濕度四個傳感器按常規安裝在管道的相應部位，并把上述四個傳感器由四路信號導線接到該裝置的相應接線端子上，經溫度、壓強、流量和濕度的四路A/D采樣分時地送入A/D轉換芯片TLC7135的信號輸入端，經模數轉換后將數據送入單片機芯片U3處理，單片機芯片U3將四路信號的采樣值按實時時鐘芯片U4中存儲的各量程參數計算，得到四路信號的工作狀態值，再按建立的數學模型進行數據處理得到補正后的瞬時流量，并按時鐘信號進行累積計算，瞬時流量值經D/A轉換器或通過報警值比較，由該裝置的直流信號輸出端子或報警端子輸出，各數值由單片機芯片U3經譯碼后通過顯示驅動器在數碼顯示屏上顯示。
本實用新型在含濕氣體的流量檢測中，不僅能對溫度、壓強引起流量的誤差進行補正，而且能對濕度引起流量的誤差進行補正，明顯降低了檢測氣體流量的誤差，如焦爐煤氣的密度為0.45kg/m3，設計溫度為30℃，管道內的煤氣溫度即工作溫度為60℃時，溫度引起的誤差為4.83％，濕度引起的誤差為29.27％，本實用新型補正了溫度和濕度引起的誤差，與僅補正了溫度引起誤差的壓差式氣體流量檢測裝置相比，檢測中的誤差小得多，可以較精確地解決含濕氣體供需平衡的檢測異議問題。同時，其可顯示總累積量和日累積量的特點有效解決了儀表維護人員的每天抄表問題，有效降低了工人勞動強度，滿足了現場要求。


圖1為本實用新型實施例的外形主視圖。
圖2為本實用新型實施例的外形右視圖。
圖3為本實用新型實施例的俯視圖，旋轉90°，圖中局部剖開。
圖4為本實用新型實施例的后部端子接線示意圖。
圖5為本實用新型實施例的主控制板電子元器件安裝圖。
圖6為本實用新型實施例的電源板電子元器件安裝圖。
圖7為本實用新型實施例顯示面板電子元器件安裝圖。
圖8為本實用新型實施例的電原理框圖。
圖9為本實用新型實施例的A/D轉換器電路圖。
圖10為本實用新型實施例的數碼顯示驅動器電路圖；圖11為本實用新型實施例的微處理器及鍵盤操作驅動電路圖。
圖12為本實用新型實施例的D/A轉換器電路圖。
圖13為本實用新型實施例的穩壓電源電路圖。
圖14為本實用新型實施例的控制輸出器電路圖；圖15為本實用新型實施例的軟件流程框圖。
圖16為本實用新型實施例的主控板上電子元件電路圖，圖中省略個別電子元件。
上述圖中1、數碼顯示屏2、外殼 3、翻頁鍵(P)4、減鍵 5、設定鍵(S) 6、增鍵7、下限報警燈8、上限報警燈9、顯示板10、電源板 11、主控制板 12、穩壓電源13、A/D轉換器14、D/A轉換器15、控制輸出器16、微處理器 17、實時時鐘 18、數碼顯示驅動器19、鍵盤操作驅動電路 20、電可讀寫存儲器U1+2.5V電壓基準芯片MC1403U2A/D轉換芯片TLC7135U3單片機芯片AT89C52 U4實時時鐘芯片DS12887U5電讀寫存儲芯片AT93C66 U6、U7鎖存器芯片74HC373U8分頻器芯片74HC393 U9模擬開關芯片CD4052U10系統監控芯片MAX691U11雙運放芯片LF353U12反相器芯片CD4049 J11彎插頭或插座(雙排10針90度)J12彎插頭或插座(雙排26針90度)J13彎插頭(單排11針90度) 91、92排阻(8×10K)S1、S2三位聯裝數碼管 S3、S4兩位聯裝數碼管J1、J2繼電器 T1交流變壓器 O5穩壓管78L18PW1、PW3穩壓管7805PW2穩壓管7905PW4穩壓管7824P0端口 數據及地址總線 P1.0、P1.1信號通道選擇線P1.2高限報警 P1.3低限報警
P1.4D/A輸出P1.5信號極性輸入P1.6、P1.7、P2.2、P2.3 93C66的控制線P2.6數碼管段選線 P2.7數碼管位選線P3.4、P3.5第9、10位數碼管位選線P3.1看門狗控制 P2.0接增鍵 P2.1接設定鍵P2.4接翻頁鍵 P2.5接減鍵P3.0批量脈沖輸出線 P3.2A/D轉換中斷線P3.3秒定時中斷線P3.6、P3.7實時時鐘讀寫控制線具體實施方式
本實用新型的具體實施方式
由實施例及其附圖給出。
圖1、圖2給出本實用新型實施例的外形圖，從外形上看，在它的外殼2內正面板的顯示板9安裝著兩個上下排列的數碼顯示屏1，上屏由六位數碼管組成，為三聯裝數碼管兩個，顯示溫度、壓強、濕度的瞬時值和流量積算值，下排數碼顯示屏由四位數碼管組成，為兩聯裝數碼管兩個，顯示流量瞬時值，并且在鍵操作時顯示參數代碼和參數數值。在顯示板9還安裝著翻頁鍵3、減鍵4、設定鍵5、增鍵6四個操作鍵和下限報警燈7、上限報警燈8兩個指示燈，參見圖7。下限報警燈7為綠色，表示瞬時流量的下限報警，燈亮表示相應的繼電器動作，上限報警燈8為紅色，表示瞬時流量的上限報警。圖3給出本實施例的內部顯示板9、電源板10、主控制板11在外殼2的安裝圖，電源板10和主控制板11平行安裝在外殼2的內部，主控制板11、電源板10和顯示板9之間通過90度彎的插頭和插座連接。圖4給出本實施例的接線端子圖，后部接線端子通過外殼2的卡入式結構，由金屬彈片與主控制板11和電源板10相應的端子區連接。使用時，溫度傳感器、壓強傳感器、流量傳感器和濕度傳感器分別接到相應的接線端子上，輸入溫度信號、壓強信號、流量信號、濕度信號。
微處理器16、A/D轉換器13、D/A轉換器14、控制輸出器15、實時時鐘17、數碼顯示驅動器18、鍵盤操作驅動電路19和電可讀寫存儲器20的電子器件安裝在主控制板11上，具體安裝分布參見圖5。電源板10安裝著穩壓電源12，穩壓電源12主要由電源變壓器、四個整流橋路、穩壓管組成，電源變壓器具有220V的交流輸入端和12V、15V、30V的交流輸出端，參見圖6，整流橋路分三組，將變壓器的交流輸出整流為系統需要的+5V、-5V、+24V和信號+5V直流電源，并輸出+12V的直流電，穩壓管使用7805、7905和7824。繼電器為+5V直流驅動，接點容量為220V交流、3A。
先結合圖8和圖16總體上介紹主控制板11上，具有振蕩電路和系統監控電路及復位電路的微處理器16與A/D轉換器13、D/A轉換器14、控制輸出器15、實時時鐘17、數碼顯示驅動器18、鍵盤操作驅動電路19和電可讀寫存儲器20連接關系。微處理器16的單片機芯片U3的四個引腳分別接鍵盤操作驅動電路19的翻頁鍵3、減鍵4、設定鍵5、增鍵6四個操作鍵的非地端，同時均經上拉電阻與穩壓電源12的+5V輸出端聯接；微處理器16的單片機芯片U3的8個引腳作為實時時鐘17的數據及地址總線與實時時鐘芯片U4的8個引腳相聯接，單片機芯片U3的3個引腳作為實時時鐘17的讀寫控制線與實時時鐘芯片U4的3個引腳相聯接，單片機芯片U3的1個引腳作為秒時鐘的中斷申請線與實時時鐘芯片U4的1個引腳相聯接，實時時鐘17的實時時鐘芯片U4的1個引腳接穩壓電源12的+5V輸出端，1個引腳接地，有1個引腳作為實時時鐘17的選通保護線與微處理器16的系統監控芯片U10連接；微處理器16的單片機芯片U3的4個引腳作為電讀寫存儲器20的讀寫控制線與電讀寫存儲器20的電讀寫存儲芯片U5的4個引腳相聯接，電讀寫存儲器20有2個引腳接穩壓電源12的+5V輸出端，有1個引腳接地；微處理器16的單片機芯片U3的有8個引腳分別與數碼顯示驅動器18的兩個鎖存器芯片U6、U7的8個引腳連接聯接，有兩個引腳與該驅動器的兩個三極管的基極連接，有2個引腳作為兩個鎖存器的選通控制線與鎖存器芯片U6、U7的引腳連接，一個74HC373鎖存器芯片U6用于顯示驅動的位選信號鎖存，另一個74HC373鎖存器芯片U7用于顯示驅動的段選信號鎖存，鎖存器芯片U6的8個引腳分別與8個三極管的基極相聯接，10個三極管的發射極經彎頭插頭J11和插座J12作為數碼管的位驅動與各位數碼管的公共陽極相聯接，鎖存器芯片U7的8個引腳作為數碼管的段顯示驅動與各數碼管的相應陰極引腳聯接。
A/D轉換器13主要由模擬開關芯片U9、A/D轉換芯片U2、電壓基準芯片U1、分頻器芯片U8及4個π形濾波電路組成，每個π形濾波電路均有一個信號輸入端，4個信號輸入端分別為溫度信號輸入端、壓強信號輸入端、流量信號輸入端、濕度信號輸入端，每個π形濾波電路的輸出端分別與模擬開關芯片U9的一個輸入引腳連接。模擬開關芯片U9有1個引腳經電阻與A/D轉換芯片U2的1個引腳連接，有兩個引腳作為模擬開關芯片U9的選通控制線與微處理器16的兩個引腳連接，有1個引腳接穩壓電源12的-5V輸出端。分頻器芯片U8有1個引腳作為晶振的頻率分頻后的A/D采樣頻率輸入端與微處理器16的單片機芯片U3的1個引腳連接。電壓基準芯片U1有3個引腳并接后與穩壓電源12的信號+5V端連接，有1個引腳經兩個電阻串聯接地后，將兩個電阻的共接端作為A/D轉換的參考基準電壓VR與A/D轉換芯片U2的1個引腳連接。A/D轉換芯片U2的兩個引腳之間連接著作為A/D轉換的參考電容C4，A/D轉換芯片U2有1個引腳接穩壓電源12的-5V輸出端，有1個引腳穩壓電源12的信號+5V輸出端。
控制輸出器15主要由兩個起開關作用的控制三極管N11、N12和兩個起開關作用的控制三極管O3、O4及兩個繼電器J1、J2組成，微處理器16的單片機芯片U3有2個引腳作為控制輸出端分別與三極管N11、N12的基極相連接，這兩個三極管的集電極分別與三極管O3、O4的基極相聯接，三極管O3、O4的集電極分別與繼電器J1、J2的線圈一端相連接，繼電器J1、J2的線圈另一端接穩壓電源12的+12V輸出端。
D/A轉換器14由雙運算放大芯片U11、反相器芯片U12、穩壓管O5兩個三極管O7、O8及外圍電路元件組成。微處理器16的單片機芯片U3有1個引腳與反相器芯片U12的1個引腳連接，反相器芯片U12的1個引腳經電阻與雙運算放大芯片U11的1個引腳連接，雙運算放大芯片U11的該引腳經另外的電阻接穩壓電源12的-5V輸出端；穩壓管O5的輸入引腳接穩壓電源12的+24V輸出端，雙運算放大芯片U11有一個引腳接三極管O8的基極，三極管O8的集電極與雙運算放大芯片U11的1個引腳連接后經1個電阻與穩壓管O5的輸出引腳連接，該三極管的集電極與雙運算放大芯片U11的1個引腳連接后經1電阻接地，三極管O7的發射極與雙運算放大芯片U11的另個1個引腳連接后經1個電阻與穩壓管O5的輸出引腳連接，三極管O7的雙運算放大芯片U11的第8腳接穩壓電源12的+24V輸出端，雙運算放大芯片U11的1個引腳經電阻、電容并聯電路與三極管O7的基極連接。
下面結合圖8、圖9、圖10、圖11、圖12、圖13和圖14詳細說明內部電路板上的各電子元器件的連接關系。
參見圖11，本實施例的微處理器16是由AT89C52單片機芯片U3及外圍電路組成，外圍電路有起振電容C7、C8及石英晶振C9組成的振蕩電路和MAX691系統監控芯片U10、電容C23、電阻R6、R7、R15和R16組成的系統監控電路及復位電路，電容C7和C8的一端接地，另一端和石英晶振C9的兩端分別接在單片機芯片U3的第19引腳和第18引腳。系統監控芯片U10的第4引腳和第8引腳及電容C23的一端接地，電容C23的另一端接該芯片的第7引腳，電阻R6、R7、R15的一端接穩壓電源12的+5V輸出端，電阻R6、R7的另一端分別接在系統監控芯片U10的第16和第11引腳，這兩引腳分別與單片機芯片U3的第9引腳和第11引腳連接，電阻R15的另一端與R16串聯接地，這兩個電阻的串聯點接系統監控芯片U10的第9引腳。本圖中還描述了微處理器16與鍵盤操作驅動電路19的連接關系，單片機芯片U3的第21、22、25、26引腳分別接鍵盤操作驅動電路19的翻頁鍵3、減鍵4、設定鍵5、增鍵6四個操作鍵的非地端，同時均經阻值10K的上拉電阻與穩壓電源12的+5V輸出端聯接。在圖11中還描述了實時時鐘17及電可讀寫存儲器20與微外理器16的連接關系，單片機芯片U3的第32、33、34、35、36、37、38、39引腳分別與實時時鐘芯片U4的第4、5、6、7、8、9、10、11引腳相聯接，作為實時時鐘芯片U4的數據及地址總線，單片機芯片U3的第16、17、30引腳分別與實時時鐘芯片U4的第14、15、17引腳相聯接，作為實時時鐘芯片U4的讀寫控制線，單片機芯片U3的第13引腳與實時時鐘芯片U4的第19引腳相聯接，作為秒時鐘的中斷申請線，實時時鐘芯片U4的第18腳接穩壓電源12的+5V，第1引腳接地，第13引腳接系統監控芯片U10的第12引腳，作為實時時鐘芯片U4的選通保護線。單片機芯片U3的第7、8、23、24引腳分別與電讀寫存儲芯片U5的第1、2、3、4引腳相聯接，作為電讀寫存儲芯片U5的讀寫控制線，電讀寫存儲芯片U5的第6、8引腳接穩壓電源12的+5V輸出端，第5引腳接地。
數碼顯示驅動器18用于解決電路板間連接導線過長造成的驅動能力不足問題，其電路組成參見圖10，一個74HC373鎖存器芯片U6用于顯示驅動的位選信號鎖存，另一個74HC373鎖存器芯片U7用于顯示驅動的段選信號鎖存，單片機芯片U3的第32、33、34、35、36、37、38、39引腳分別與鎖存器芯片U6、U7的第3、4、7、8、13、14、17、18引腳相聯接，鎖存器芯片U6的第2、5、6、9、12、15、16、19引腳分別與三極管N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8的基極相聯接，單片機芯片U3的第14、15引腳分別與三極管N9、N10的基極相聯接，三極管N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8、N9、N10的發射極經彎頭插頭J11和插座J12與各位數碼管的公共陽極相聯接，用于數碼管的位驅動；各數碼管的相應陰極引腳并聯后分別與鎖存器芯片U7的第2、5、6、9、12、15、16、19引腳相聯接，用于數碼管的段顯示驅動。單片機芯片U3的第27、28引腳分別與鎖存器U6、U7的第11腳相聯接，作為該兩芯片的選通控制線。
A/D轉換器13的電路組成參見圖9，它包括模擬開關芯片U9、A/D轉換芯片U2、電壓基準芯片U1、分頻器芯片U8及外圍電路元件組成。溫度傳感器TI的溫度信號正輸入端經電阻R24接由電阻R18、R19，電容C36、C41組成的π形濾波電路的輸入端，π形濾波電路的輸出端(X0)接模擬開關芯片U9的第12引腳；壓強傳感器PI的壓強信號正輸入端經電阻R25接由電阻R20、R21，電容C39、C40組成的π形濾波電路的輸入端，π形濾波電路的輸出端(X1)接模擬開關芯片U9的第14引腳；流量傳感器FI的流量信號的正輸入端經電阻R22接由電阻R28、R29，電容C37、C38組成的π形濾波電路的輸入端，π形濾波電路的輸出端(X2)接模擬開關芯片U9的第15引腳；濕度傳感器HI的濕度信號的正輸入端經電阻R40接由電阻R42、R43，電容C19、C20組成的π形濾波電路的輸入端，π形濾波電路的輸出端(X3)接模擬開關芯片U9的第11引腳。模擬開關芯片U9的第13引腳經電阻R4接A/D轉換芯片U2的第10引腳，第9、10引腳接單片機芯片U3的第1、2引腳，這是模擬開關芯片U9的選通控制線，第7引腳接穩壓電源12的-5V輸出端。分頻器芯片U8的第1引腳與單片機芯片U3的第22引腳即晶振C9的一端相聯接，將晶振的頻率16分頻后作為A/D采樣頻率，第2、12引腳接地。電壓基準芯片U1的第1、7、8引腳接穩壓電源12的信號+5V，第3、4、5、6引腳接地，第2腳經電阻R1、R2接地，電阻R1、R2的共接端與A/D轉換芯片U2的第2引腳相連接，電阻R1、R2上的分壓作為A/D轉換的參考基準電壓VR。A/D轉換芯片U2的第7引腳和第8引腳之間接電容C4作為A/D轉換的參考電容，電容C2的一端接A/D轉換芯片U2的第4引腳及電阻R23的一端，電容C3的一端接A/D轉換芯片U2的第5引腳，電阻R3的一端接A/D轉換芯片U2的第6引腳，電容C2、C3，電阻R3的另一端相并接，電阻R23的另一端接穩壓管A3的一端，穩壓管A3的另一端接地。A/D轉換芯片U2的第1腳接穩壓電源12的-5V輸出端，第9引腳接地，第11引腳接穩壓電源12的信號+5V輸出端。
控制輸出器15組成參見圖14，單片機芯片U3的第3、4引腳分別與三極管N11、N12的基極相連接，三極管N11、N12的集電極分別與上限報警發光二極管LED1、下限報警發光二極管LED2的正極連接，也與三極管O3、O4的基極相聯接，上述四個三極管的發射極及兩個發光二極管LED1、LED2的負極都接地，三極管O3、O4的集電極與繼電器J1、J2的線圈一端相連接，繼電器J1、J2的線圈另一端接穩壓電源12的+12V輸出端。電容C14接在三極管O3的基極與地之間，電容C16接在三極管O4的基極與地之間。電阻R11、R13作為上拉電阻，一端并聯后接穩壓電源12的+5V，另一端分別與三極管N12、N11的基極相聯接，電阻R12、R14也為上拉電阻，一端并聯后接穩壓電源12的+12V，另一端分別與三極管O4、O3的基極相聯接，并與三極管N11、N12的集電極聯接。
D/A轉換器14的組成參見圖12，它由雙運算放大芯片U11和反相器芯片U12及外圍電路元件組成。單片機芯片U3的第5腳接反相器芯片U12的第9引腳，反相器芯片U12的第10引腳與第11引腳相連，第12引腳接電阻R33，R33的另一端與電阻R34、C46、C48的一端并聯，電容C46、C48的另一端接地，電阻R34的另一端與電阻R32的一端及雙運算放大芯片U11的第5引腳相連接，電阻R32的另一端與電阻R31、R35的一端并聯，電阻R31的另一端接穩壓電源12的-5V輸出端，電阻R35的另一端接地；穩壓管O5的第1引腳接穩壓電源12的+24V輸出端，第2引腳接地，第3引腳與電阻R37、R39的一端并聯，雙運算放大芯片U11的第7引腳接三極管O8的基極，三極管O8的集電極與電阻R37的另一端及雙運算放大芯片U11的第3引腳并聯，三極管O8的發射極接電阻R36的一端及雙運算放大芯片U11的第6引腳，電阻R36的另一端接地，雙運算放大芯片U11的第8腳接穩壓電源12的+24V輸出端，第2引腳接電阻R39的另一端及三極管O7的發射極，第4引腳接穩壓電源12的-5V輸出端，電阻R38和電容C42并聯，并聯的一端接雙運算放大芯片U11的第1引腳，另一端接三極管O7的基極，三極管O7的集電極接二極管A9的一端，二極管A9的另一端接輸出的正接線端。
穩壓電源12的組成參見圖13，交流變壓器T1的初級線圈L1接220V交流電源，次級線圈L2接二極管D5、D6、D7、D8組成的整流橋路BR1的輸入端，該橋路的正輸出端接濾波電容C50的正極性端及穩壓管PW1、PW3的第1引腳，穩壓管PW1的第3引腳作為+5V輸出端，穩壓管PW3的第3引腳作為信號+5V輸出端，整流橋路BR1的輸出端作為+12V輸出端；次級線圈L3接二極管D9、D10、D11、D12組成的整流橋路BR2的輸入端，該橋路的正輸出端接濾波電容C51的正極性端及穩壓管PW2的第2引腳，穩壓管PW2的第3引腳作為-5V輸出端；次級線圈L4接二極管D1、D2、D3、D4組成的整流橋路BR3的輸入端，該橋路的正輸出端接濾波電容C49的正極性端及穩壓管PW4的第1引腳，穩壓管PW4的第3腳作為+24V輸出端；穩壓管PW1、PW3、PW4的第2引腳，PW2的第1引腳，電容C49、C50、C51的負極性端，整流橋路BR1、BR2、BR3的負輸出端并接在一起，作為所有電源的地。
下面結合圖15詳細說明本實用新型的工作過程本實用新型供上電源后，首先進入系統初始化狀態，即圖15中的步驟50，將實時時鐘芯片U4中存儲的信號量程設定參數及其他相關參數如當天日期、總累積值、當天累積值、報警設定參數、設計狀態下的四路信號設定值及儀表標定參數值，存入單片機芯片U3的內存中，該步驟結束后，執行圖15中的步驟51，溫度傳感器TI、壓強傳感器PI、流量傳感器FI、濕度傳感器HI分別安裝在被檢測輸氣管的相應的部位，進行溫度、壓強、流量和濕度四路信號的采樣及轉換。以流量信號的采集為例，流量信號在A/D轉換器13的電阻R22、R27上分壓得到相應的采樣信號，再經電阻R28、R29，電容C35、C37、C38組成的π形濾波電路濾波整形后，輸入至模擬開關芯片U9的第15引腳(X2)，再經單片機芯片U3的第1、2引腳(P1.0、P1.1)在模擬開關芯片U9的第9、10引腳進行選通，由模擬開關芯片U9的第13引腳(X)經電阻R4送至A/D轉換芯片U2的正信號輸入端即該芯片的第10引腳。A/D轉換芯片U2為雙積分型A/D轉換器，其轉換時間與輸入信號的電壓大小成正比，利用該特性，轉換前單片機芯片U3的定時器0清零計數，在一次轉換結束后，A/D轉換芯片U2的第21引腳(BUSY)產生由高電平向低電平的跳變，該跳變亦送至單片機芯片U3的第12引腳，引發單片機芯片U3的外部中斷0，在該中斷服務程序中，停止定時器0的計數，再將該定時器的計數值進行適當處理，(該過程是根據雙積分A/D轉換原理，在儀表標定時，先輸入信號的最大值，轉換結束后在定時器0中所存儲的數值為對應于該信號的計數值1，同理，再輸入信號的最小值，得到對應于最小信號的計數值2，因此當輸入信號的最大值與最小值之間的信號時，所得計數值也介于計數值1與計數值2之間，再依據插值原理，可反算得到該輸入信號的幅值大小)從而得到流量信號的值大小。其他溫度、壓強、濕度三路信號的采樣轉換過程與上述過程相同，各通道由模擬開關芯片U9分時選通。
溫度、壓強、流量和濕度四路信號的轉換值在單片機芯片U3中按事先建立的數學模型進行溫濕壓補償計算，即圖15中的步驟52，計算出的瞬時流量值經二進制轉十進制譯碼(即BCD譯碼)后，送數碼顯示驅動器18處理。此時瞬時流量為小時流量，還須經數值處理為秒流量，當每一秒定時結束時，實時時鐘芯片U4申請外部中斷1。得到秒定時信號后，將累積值與該秒流量相加，從而得到經過一秒后的新的流量累積值，即完成圖15中的步驟53。隨后，判斷一天的定時是否到，即圖15中的步驟54，若未到則繼續執行到步驟56；若已到，則執行圖15的步驟55，程序將當時的天累積值存入電讀寫存貯芯片U5中，然后再執行步驟56。
步驟56中，將瞬時流量的數字量轉換成模擬信號輸出。單片機芯片U3按瞬時流量值的大小利用單片機芯片U3內的定時器2(該芯片內有定時器1、定時器2、定時器3三個定時器)在第5引腳(P1.4)得到一定幅值的脈寬調制信號，該信號經反相器芯片U12兩次反相后，得到幅值為標準+5V有一定占空比的方波信號，該方波信號經電阻R31、R32、R33、R34、R35、電容C48組成的充放電電路得到幅值隨脈寬調制信號占空比變化的電壓信號，再經電阻R36、R37、R38、R39，電容C42、C46，三極管O7、O8，穩壓管O5組成的兩級運放—電壓轉電流電路，最終得到與瞬時流量值大小相應的4-20mA直流電流信號。其中穩壓管O5是該電路的電流源。若要輸出電壓信號，則使用一阻值為標準250Ω的電阻接在二極管A9與地之間，在該電阻的兩端即可得到1-5V的直流電壓信號。
隨后執行圖15中的步驟57，瞬時流量與實時時鐘芯片U4中的報警設定值、回差設定值相聯系，判斷出目前本實用新型的報警狀態，通過單片機芯片U3的第3、第4腳(P1.2、P1.3)驅動圖14中的三極管N11、N12。由圖14中的三極管O3、O4、N11、N12，電阻R11、R12、R13、R14，電容C14、C16組成的兩級電流驅動電路，根據三極管N11、N12的導通狀態，控制O3、O4的導通與否，進而控制繼電器J1、J2的得電與否，得電則將相應的外部報警裝置(如電鈴)或控制單元(如電機)接通，進行報警或控制操作，同時驅動相應的作為報警燈的發光二極管發光，指示報警狀態，即圖15中的步驟57。
當翻頁鍵3、減鍵4、設定鍵5、增鍵6沒有一個按下時，單片機芯片U3的第21、22、25、26引腳(P2.0、P2.1、P2.4、P2.5)經上拉電阻與穩壓電源12的+24V接通，皆為高電平；當四個按鍵中的任一鍵按下時，會將單片機芯片U3的第21、22、25、26引腳中相應的管腳拉為低電平。在鍵盤判斷程序中只須檢查這四個管腳的電平狀態(在單片機的I/O處理中，I/O口只能處于高電平、低電平和高阻三種狀態之一，高電平即二進制中的邏輯1，直流電壓在+2.7V～+5V之間，低電平即二進制中的邏輯0，直流電壓在0～+2.7V之間，單片機內部電路根據電壓值即可判斷出電平狀態，相應的處理為邏輯0或1，在程序中根據讀入的邏輯值就可判斷出該引腳的電平狀態)。即可知道是哪個按鍵被按下，從而作出相應的鍵處理包括鍵的去抖動處理，(鍵的去抖動處理就是為了防止鍵盤的誤判斷，如人按下按鍵時，一般持續約10～20毫秒，當小于該段時間時，即可認為是鍵盤的誤觸發，在判斷有鍵按下后，先不處理，延時10毫秒后再判斷該按鍵，若仍按下，則確認該按鍵被按下)。四個按鍵進行組合，即可完成不同的操作功能，即圖15中的步驟58。
單片機芯片U3的P0端口作為數據及地址總線時，與實時時鐘芯片U4的A/D端口接通，其讀寫控制由單片機芯片U3的第16、17、30引腳和實時時鐘芯片U4的第14、15、17引腳共同完成，進行系統設定參數的讀取與存儲；單片機芯片U3的P0端口作為數碼顯示驅動時，則與鎖存器芯片U6、U7的D0～D7相通，單片機芯片U3的第27引腳(P2.6)先向鎖存器芯片U7的第11引腳(LE)發選通信號，將P0端口的BCD碼值送入鎖存器芯片U7，從而在鎖存器芯片U7的輸出端Q0～Q7上得到并保持相應的高低電平狀態，隨后單片機芯片U3的第28引腳(P2.7)向鎖存器芯片U6的第11引腳(LE)發選通信號，P0端口上的數碼管位選通狀態(第9、10位數碼管是由單片機芯片U3的第14、15腳直接控制的，同一時刻只能有一位是高電平選通狀態)送入鎖存器芯片U6，在鎖存器芯片U6的輸出端Q0～Q7上得到并保持相應的高低電平狀態。穩壓電源12的+12V經三極管N1～N10中的某一個導通后，與相應數碼管的共陽極接通，而10位數碼管的段選線都與鎖存器芯片U7的輸出端Q0～Q7接通，其上的BCD碼狀態(低電平有效)就決定了該位數碼管的那些筆劃能形成回路，從而驅動該數碼管顯示一定的字符。
本實施例采用的單片機芯片U3(AT89C52)是51系列的8位單片機，內帶8K字節的閃速程序存儲器及256字節隨機數據存儲器，有三個定時器和五個中斷源。定時器0作為A/D轉換的采樣計數器，定時器1用于顯示驅動定時掃描，定時器2作為模擬輸出D/A轉換的計數器。還可選用更新的功能更全面的51系列八位單片機，如飛利浦公司的P87C52單片機。
單片機芯片U3的第11腳(P31)按程序向系統監控芯片U10的第11引腳不斷發刷新信號，當單片機芯片U3因編程錯誤、電氣噪聲或電磁輻射干擾而進入錯誤狀態時，該腳將無法按時刷新，超過定時后將由系統監控芯片U10的第16引腳(RET)輸出復位信號至單片機芯片U3的第9引腳(RESET)，從而引起系統復位，保證了系統運算的可靠性；在系統上電時，系統監控芯片U10的第16引腳將直接輸出復位信號至單片機芯片U3的第9引腳，系統進行上電復位。
參照本實施例，本專業的技術人員可根據實際情況，編制工作程序。
權利要求1.一種氣體濕度補正流量儀，它包括外殼、數碼顯示屏、操作鍵盤、主控制板、電源板及后部接線端子，數碼顯示屏、操作鍵安裝在外殼正面的顯示板上，主控制版、顯示板和電源板安裝在外殼內，數碼顯示屏采用可同時顯示各工程質量瞬時值和流量積算值，并在按下操作鍵盤的鍵時顯示參數代碼和參數數值雙排數碼管；操作鍵為增鍵、減鍵、設定鍵和翻頁鍵；主控制板上安裝著微處理器、數碼顯示驅動器、鍵盤操作驅動電路、電可讀寫存儲器、A/D轉換器、D/A轉換器和控制輸出器，A/D轉換器具有溫度信號輸入端、壓強信號輸入端和流量信號輸入端，微處理器由主控制作用的單片機芯片U3及外圍電路組成；電源板安裝著可輸出+5V、-5V、+12V、+24V的直流電、信號+5V的穩壓電源；后部接線端子通過外殼的卡入式結構，由金屬彈片與主控制板和電源板相應的端子區連接；主控制板、電源板和顯示板之間通過90度彎的插頭和插座連接在一起，其特征是還設置著除產生時鐘信號外，還可將工作狀態參數存儲在其中的實時時鐘；微處理器是具有按照事先編寫入內的程序對整體數字電路進行系統監控、產生的數據進行計算存儲、可提供定時看門狗及電源監視功能的微處理器，微處理器具有振蕩電路和系統監控電路及復位電路；電可讀寫存儲器是存儲不少于一個月的日累積量的讀寫儲存器，A/D轉換器還具有濕度信號輸入端和與濕度信號輸入端相連接的π形濾波電路。
2.根據權利要求1所述的壓差式氣體溫度補正流量儀，其特征是微處理器(16)的單片機芯片U3的四個引腳分別接鍵盤操作驅動電路(19)的翻頁鍵(3)、減鍵(4)、設定鍵(5)、增鍵(6)四個操作鍵的非地端，同時均經上拉電阻與穩壓電源(12)的+5V輸出端聯接；微處理器(16)的單片機芯片U3的8個引腳作為實時時鐘(17)的數據及地址總線與實時時鐘芯片U4的8個引腳相聯接，單片機芯片U3的3個引腳作為實時時鐘(17)的讀寫控制線與實時時鐘芯片U4的3個引腳相聯接，單片機芯片U3的1個引腳作為秒時鐘的中斷申請線與實時時鐘芯片U4的1個引腳相聯接，實時時鐘(17)的實時時鐘芯片U4的1個引腳接穩壓電源(12)的+5V輸出端，1個引腳接地，有1個引腳作為實時時鐘(17)的選通保護線與微處理器(16)的系統監控芯片U10連接；微處理器(16)的單片機芯片U3的4個引腳作為電讀寫存儲器(20)的讀寫控制線與電讀寫存儲器(20)的電讀寫存儲芯片U5的4個引腳相聯接，電讀寫存儲器(20)有2個引腳接穩壓電源(12)的+5V輸出端，有1個引腳接地；微處理器(16)的單片機芯片U3的有8個引腳分別與數碼顯示驅動器(18)的兩個鎖存器芯片U6、U7的8個引腳連接聯接，有兩個引腳與該驅動器的兩個三極管的基極連接，有2個引腳作為兩個鎖存器的選通控制線與鎖存器U6、U7的引腳連接，一個鎖存器芯片U6用于顯示驅動的位選信號鎖存，另一個鎖存器芯片U7用于顯示驅動的段選信號鎖存，鎖存器芯片U6的8個引腳分別與8個三極管的基極相聯接，10個三極管的發射極經彎頭插頭J11和插座J12作為數碼管的位驅動與各位數碼管的公共陽極相聯接，鎖存器芯片U7的8個引腳作為數碼管的段顯示驅動與各數碼管的相應陰極引腳聯接；A/D轉換器(13)主要由模擬開關芯片U9、A/D轉換芯片U2、電壓基準芯片U1、分頻器芯片U8及4個π形濾波電路組成，每個π形濾波電路均有一個信號輸入端，4個信號輸入端分別為溫度信號輸入端、壓強信號輸入端、流量信號輸入端、濕度信號輸入端，每個π形濾波電路的輸出端分別與模擬開關芯片U9的一個輸入引腳連接。模擬開關芯片U9有1個引腳經電阻與A/D轉換芯片U2的1個引腳連接，有兩個引腳作為模擬開關芯片U9的選通控制線與微處理器(16)的兩個引腳連接，有1個引腳接穩壓電源(12)的-5V輸出端。分頻器芯片U8有1個引腳作為晶振的頻率分頻后的A/D采樣頻率輸入端與微處理器(16)的單片機芯片U3的1個引腳連接；電壓基準芯片U1有3個引腳并接后與穩壓電源(12)的信號+5V端連接，有1個引腳經兩個電阻串聯接地后，將兩個電阻的共接端作為A/D轉換的參考基準電壓VR與A/D轉換芯片U2的1個引腳連接；A/D轉換芯片U2的兩個引腳之間連接著作為A/D轉換的參考電容C4，A/D轉換芯片U2有1個引腳接穩壓電源(12)的-5V輸出端，有1個引腳穩壓電源(12)的信號+5V輸出端；控制輸出器(15)主要由兩個起開關作用的控制三極管N11、N12和兩個起開關作用的控制三極管O3、O4及兩個繼電器J1、J2組成，微處理器(16)的單片機芯片U3有2個引腳作為控制輸出端分別與三極管N11、N12的基極相連接，這兩個三極管的集電極分別與三極管O3、O4的基極相聯接，三極管O3、O4的集電極分別與繼電器J1、J2的線圈一端相連接，繼電器J1、J2的線圈另一端接穩壓電源(12)的+12V輸出端；D/A轉換器(14)由雙運算放大芯片U11、反相器芯片U12、穩壓管O5兩個三極管O7、O8及外圍電路元件組成；微處理器(16)的單片機芯片U3有1個引腳與反相器芯片U12的1個引腳連接，反相器芯片U12的1個引腳經電阻與雙運算放大芯片U11的1個引腳連接，雙運算放大芯片U11的該引腳經另外的電阻接穩壓電源(12)的-5V輸出端；穩壓管O5的輸入引腳接穩壓電源(12)的+24V輸出端，雙運算放大芯片U11有一個引腳接三極管O8的基極，三極管O8的集電極與雙運算放大芯片U11的1個引腳連接后經1個電阻與穩壓管O5的輸出引腳連接，該三極管的集電極與雙運算放大芯片U11的1個引腳連接后經1電阻接地，三極管O7的發射極與雙運算放大芯片U11的另個1個引腳連接后經1個電阻與穩壓管O5的輸出引腳連接，三極管O7的雙運算放大芯片U11的第8腳接穩壓電源(12)的+24V輸出端，雙運算放大芯片U11的1個引腳經電阻、電容并聯電路與三極管O7的基極連接。
專利摘要一種名為氣體濕度補正流量儀的壓差式氣體流量檢測裝置，它包括數碼顯示屏、鍵盤操作驅動電路、主控制板、安裝著可輸出5個直流電輸出端的穩壓電源的電源板，主控制板安裝著微處理器、數碼顯示驅動器、操作鍵盤操作電路、電可讀寫存儲器、A/D轉換器、D/A轉換器和控制輸出器，微處理器由單片機芯片U3及外圍電路組成，其特征是還設置著產生時鐘信號并可存儲參數的實時時鐘；微處理器具有振蕩電路和系統監控電路及復位電路；電可讀寫存儲器可存儲不少于一個月的日累積量，A/D轉換器還具有濕度信號輸入端及與該端相連接的π形濾波電路。本實用新型補正了濕度對流量引起的波動，降低了檢測氣體流量的誤差。
文檔編號G01F1/34GK2655188SQ03218240
公開日2004年11月10日 申請日期2003年6月13日 優先權日2003年6月13日
發明者王洪, 黃際民, 權正銳, 何湘琳, 史卿 申請人:太原鋼鐵(集團)有限公司