一种基于无线传输的热式气体流量计设计

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随着工业进程的不断加速,为有效进行生产和控制,对数据测量的要求越来越高。其中,流体的流量是测量和控制的重要参数之一。传统恒温差式热式流量计受到测量电路本身限制,最大加热电流受限,因此测量范围受限。而传统恒功率法热式流量计在低流速时,两探头之间存在热交换,影响测量精度。本文提出了一种结合恒温差法和恒功率法的热式质量流量计,能够很好地兼容低流速的小流量测量和高流速的大流量测量两种测量环境,同时采用无线传输方式进行数据传输。首先,对比热式流量计恒温差法和恒功率法的优缺点,提出了结合恒温差法和恒功率法的测量方法。由金氏公式进行推导,求得流量与温差和功率之间的关系式,采用matlab进行仿真,证明该测量方法原理上的可行性。本文选用模糊PID控制算法完成对温差和功率的恒定控制。比较常见的位式控制算法、PID控制算法、模糊控制算法、模糊PID控制算法的优缺点,通过仿真验证了模糊PID控制算法的优越性。对常见的无线通讯技术进行比较,选用Zig Bee进行无线组网,提出热式流量计的网络拓扑结构。本文选用STM32F407作为主控MCU,采用AD7606芯片采集信号处理电路输出的电压值,通过数字电位器X9111实现对桥式电路电压控制,选用CC2630和ATK-M750模块进行无线数据传输。软件部分主要包括流量计主体程序的设计、控制算法程序的设计、采集程序的设计和数据通讯程序的设计。本文通过音速喷嘴标定装置进行标定和测试,实验数据表明该流量计在0-1600kg/h测量范围内测量精度可达±1.5%,验证了测量方法的可行性。
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