多功能流量计二次仪表的研制

摘要

流量计是用来测量流体流量的仪表,其被广泛应用于工业、农业、能源行业等国家支柱产业。随着目前全世界范围内能源危机、环境保护等一系列问题日益凸显,对一些能源运输或者污染源的实时监控计量就显得尤为重要。因此,流量计在一些领域已经成为不可或缺的工具。流量仪表需求量日益增大,与此同时带来的新挑战是:传统的流量计目前技术革新较少,且流量计的发展趋势是打破局限性,即希望找到一种流量计可以兼容多种测量方法,根据不同的工况要求仅需更换传感器等外设装置而不需更改二次仪表本身硬件电路。因此,实现二次仪表的兼容性同时又可定制相应功能是流量计在日益激烈的竞争中取得优势的一个重要突破点。
　　本课题所研制的多功能流量计二次仪表正是为了打破传统局限性而设计的一款二次仪表,其在测量原理上兼容了压差式与涡轮式两种流量测量方法。并且在输出方式上提供了可选的电流输出或者脉冲输出,以及配有ModBus、HART等通讯方式以便传输通讯。
　　本文开篇首先介绍了流量计的种类、国内外现如今的发展状态及未来走势,肯定了流量计的重要地位。接下来提出了本次设计的多功能流量计二次仪表的具体实施方案,其采用Silicon Laboratories公司的C8051F015作为主控芯片,并配以信号采集模块、人机交互模块、通讯模块等,通过软件的编程实现整体的测量功能。最后经过系统功能性测试与现场数据测量分析证明多功能流量计二次仪表在兼容压差式和涡轮式测量原理的同时满足工业标准,经过后续的改进优化应该可以达到更好的兼容性。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及研究意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 本课题主要研究工作及内容安排

第二章 流量测量的原理及算法

2.1 压差式流量测量原理及流量算法

2.2 涡轮式流量测量原理及流量算法

2.3 本章小结

第三章 多功能流量计二次仪表总体方案设计

3.1 多功能流量计二次仪表设计概述

3.2 多功能流量计二次仪表的系统框架设计

3.3 多功能流量计二次仪表设计的技术指标

3.4 本章小结

第四章 多功能流量计二次仪表的硬件设计

4.1 处理器及外围电路模块

4.2 压差式测量模块

4.3 涡轮式测量模块

4.5 脉冲输出模块

4.6 HART通讯模块

4.7 ModBus通讯模块

4.8 液晶显示模块

4.9 本章小结

第五章 多功能流量计二次仪表的软件设计

5.1 软件开发环境和编程方法介绍

5.2 软件系统的总体方案

5.3 测量系统主程序

5.4 控制模块子程序介绍

5.5 数据处理模块子程序

5.6 通讯协议子程序

5.7 本章小结

第六章 系统调试与数据分析

6.1 实验内容介绍

6.2 系统的功能调试

6.3 现场测试与误差分析

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士期间取得的研究成果