专利名称：气体湿度补正流量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种压差式气体流量检测装置。
背景技术：
常温常压下气体流量检测因湿度变化引起的误差远远大于受压强、温度变化引起的误差，而且与差压式气体流量计示值压强、温度修正相比，湿度的修正要复杂得多。被测气体的湿度不但与供气气源的湿度变化有关，还与生产中伴随着被测气体受压强、温度变化是否因湿度过饱和而产生凝水，以及被测气体在生产中是否增添了水份有关，如煤气中加水除尘。因此，为检测气体流量，还应增加湿度检测传感器。现有的压差式气体流量检测装置只能对温度和压强引起的误差进行补偿，不能补正因湿度变化引起的误差，因而所测的结果与实际气体的流量相差太大，不能满足生产和实际的需要。
发明内容
为了克服现有压差式气体流量检测装置不能排除湿度引起的误差，检测误差太大的不足，本实用新型提供一种能补正湿度引起误差的压差式气体流量检测装置。
本实用新型正是从上述技术背景所提出的问题入手，将湿度的变化引入常温常压下气体流量的检测过程中，依据新的数学模型，补正因气体湿度变化引起的流量检测示值误差。
本实用新型采取的技术方案是在常温、常压下雨含湿气体的流量检测中，湿度引起的误差远远超过温度和压强引起的误差，故依据流体力学及热力学的流量误差理论，建立带温度、压强、湿度补正的数学模型，开发气体湿度补正流量仪。本实用新型采用《流体力学实验与测量》第16卷第4期87页介绍的数学模型，该数学模型为 其中
上述数学计算式中qv设计——设计条件下的气体体积流量qv工作——流量仪显示的气体工作状态流量P设计——设计节流装置时采用的气体绝对压强PH2O设计max——设计节流装置时，确定的温度对应的饱和水蒸汽压强P标准——标准大气压强 P工作——工作中节流装置前的气体绝对压强PH2O工作max——工作中实际温度对应的饱和水蒸汽压强Φ工作——工作中的相对湿度Φ设计——设计节流装置时确定的相对湿度T工作——工作中的绝对温度 T标准——绝对温度T设计——设计节流装置时确定的绝对温度ρH2O工作max——工作时的饱和水蒸汽密度ρ标准——标准状态下气体干密度ρH2O设计max——设计节流装置时确定的饱和水蒸汽密度上述字母符号中只有qv工作、P工作、T工作、Φ工作四项是本实用新型检测时输入的动态技术参数，其余的字母符号所表示的技术参数在设计时已输入单片机芯片U3中。把qv工作、P工作、T工作、Φ工作四项技术参数用相应的传感器转变为电信号从接线端子输入本实用新型，从数码显示器显示出补正后的qv设计——表示实际所测的标准状态下气体的体积流量。
本压差式气体流量检测装置包括外壳、数码显示屏、键盘操作驱动电路、主控制板、电源板及后部接线端子几部分组成，数码显示屏、操作键安装在外壳正面的显示板上，主控制版、显示板和电源板安装在外壳内，数码显示屏采用双排数码管，可同时显示各工程质量瞬时值和流量积算值，在按下操作键盘的键时显示参数代码和参数数值；操作键为增键、减键、设定键和翻页键；主控制板上安装着微处理器、数码显示驱动器、键盘操作驱动电路、电可读写存储器、A/D转换器、D/A转换器和控制输出器，A/D转换器具有温度信号输入端、压强信号输入端和流量信号输入端，微处理器由主控制作用的单片机芯片U3及外围电路组成。电源板安装着稳压电源，可输出+5V、-5V、+12V、+24V的直流电、信号+5V；后部接线端子通过外壳的卡入式结构，由金属弹片与主控制板和电源板相应的端子区连接；主控制板、电源板和显示板之间通过90度弯的插头和插座连接在一起。其特征是还设置着实时时钟，实时时钟除产生时钟信号外，还可将工作状态参数存储在其中；微处理器的功能是按照事先编写入内的程序对整体数字电路进行系统监控、产生的数据进行计算存储，系统监控可提供定时看门狗及电源监视功能；电可读写存储器用于存储不少于一个月的日累积量，A/D转换器还具有湿度信号输入端与湿度信号输入端相连接的π形滤波电路。
本实用新型的工作过程如下温度、压强、流量和湿度四个传感器按常规安装在管道的相应部位，并把上述四个传感器由四路信号导线接到该装置的相应接线端子上，经温度、压强、流量和湿度的四路A/D采样分时地送入A/D转换芯片TLC7135的信号输入端，经模数转换后将数据送入单片机芯片U3处理，单片机芯片U3将四路信号的采样值按实时时钟芯片U4中存储的各量程参数计算，得到四路信号的工作状态值，再按建立的数学模型进行数据处理得到补正后的瞬时流量，并按时钟信号进行累积计算，瞬时流量值经D/A转换器或通过报警值比较，由该装置的直流信号输出端子或报警端子输出，各数值由单片机芯片U3经译码后通过显示驱动器在数码显示屏上显示。
本实用新型在含湿气体的流量检测中，不仅能对温度、压强引起流量的误差进行补正，而且能对湿度引起流量的误差进行补正，明显降低了检测气体流量的误差，如焦炉煤气的密度为0.45kg/m3，设计温度为30℃，管道内的煤气温度即工作温度为60℃时，温度引起的误差为4.83％，湿度引起的误差为29.27％，本实用新型补正了温度和湿度引起的误差，与仅补正了温度引起误差的压差式气体流量检测装置相比，检测中的误差小得多，可以较精确地解决含湿气体供需平衡的检测异议问题。同时，其可显示总累积量和日累积量的特点有效解决了仪表维护人员的每天抄表问题，有效降低了工人劳动强度，满足了现场要求。
图1为本实用新型实施例的外形主视图。
图2为本实用新型实施例的外形右视图。
图3为本实用新型实施例的俯视图，旋转90°，图中局部剖开。
图4为本实用新型实施例的后部端子接线示意图。
图5为本实用新型实施例的主控制板电子元器件安装图。
图6为本实用新型实施例的电源板电子元器件安装图。
图7为本实用新型实施例显示面板电子元器件安装图。
图8为本实用新型实施例的电原理框图。
图9为本实用新型实施例的A/D转换器电路图。
图10为本实用新型实施例的数码显示驱动器电路图；图11为本实用新型实施例的微处理器及键盘操作驱动电路图。
图12为本实用新型实施例的D/A转换器电路图。
图13为本实用新型实施例的稳压电源电路图。
图14为本实用新型实施例的控制输出器电路图；图15为本实用新型实施例的软件流程框图。
图16为本实用新型实施例的主控板上电子元件电路图，图中省略个别电子元件。
上述图中1、数码显示屏2、外壳 3、翻页键(P)4、减键 5、设定键(S) 6、增键7、下限报警灯8、上限报警灯9、显示板10、电源板 11、主控制板 12、稳压电源13、A/D转换器14、D/A转换器15、控制输出器16、微处理器 17、实时时钟 18、数码显示驱动器19、键盘操作驱动电路 20、电可读写存储器U1+2.5V电压基准芯片MC1403U2A/D转换芯片TLC7135U3单片机芯片AT89C52 U4实时时钟芯片DS12887U5电读写存储芯片AT93C66 U6、U7锁存器芯片74HC373U8分频器芯片74HC393 U9模拟开关芯片CD4052U10系统监控芯片MAX691U11双运放芯片LF353U12反相器芯片CD4049 J11弯插头或插座(双排10针90度)J12弯插头或插座(双排26针90度)J13弯插头(单排11针90度) 91、92排阻(8×10K)S1、S2三位联装数码管 S3、S4两位联装数码管J1、J2继电器 T1交流变压器 O5稳压管78L18PW1、PW3稳压管7805PW2稳压管7905PW4稳压管7824P0端口 数据及地址总线 P1.0、P1.1信号通道选择线P1.2高限报警 P1.3低限报警
P1.4D/A输出P1.5信号极性输入P1.6、P1.7、P2.2、P2.3 93C66的控制线P2.6数码管段选线 P2.7数码管位选线P3.4、P3.5第9、10位数码管位选线P3.1看门狗控制 P2.0接增键 P2.1接设定键P2.4接翻页键 P2.5接减键P3.0批量脉冲输出线 P3.2A/D转换中断线P3.3秒定时中断线P3.6、P3.7实时时钟读写控制线具体实施方式
本实用新型的具体实施方式
由实施例及其附图给出。
图1、图2给出本实用新型实施例的外形图，从外形上看，在它的外壳2内正面板的显示板9安装着两个上下排列的数码显示屏1，上屏由六位数码管组成，为三联装数码管两个，显示温度、压强、湿度的瞬时值和流量积算值，下排数码显示屏由四位数码管组成，为两联装数码管两个，显示流量瞬时值，并且在键操作时显示参数代码和参数数值。在显示板9还安装着翻页键3、减键4、设定键5、增键6四个操作键和下限报警灯7、上限报警灯8两个指示灯，参见图7。下限报警灯7为绿色，表示瞬时流量的下限报警，灯亮表示相应的继电器动作，上限报警灯8为红色，表示瞬时流量的上限报警。图3给出本实施例的内部显示板9、电源板10、主控制板11在外壳2的安装图，电源板10和主控制板11平行安装在外壳2的内部，主控制板11、电源板10和显示板9之间通过90度弯的插头和插座连接。图4给出本实施例的接线端子图，后部接线端子通过外壳2的卡入式结构，由金属弹片与主控制板11和电源板10相应的端子区连接。使用时，温度传感器、压强传感器、流量传感器和湿度传感器分别接到相应的接线端子上，输入温度信号、压强信号、流量信号、湿度信号。
微处理器16、A/D转换器13、D/A转换器14、控制输出器15、实时时钟17、数码显示驱动器18、键盘操作驱动电路19和电可读写存储器20的电子器件安装在主控制板11上，具体安装分布参见图5。电源板10安装着稳压电源12，稳压电源12主要由电源变压器、四个整流桥路、稳压管组成，电源变压器具有220V的交流输入端和12V、15V、30V的交流输出端，参见图6，整流桥路分三组，将变压器的交流输出整流为系统需要的+5V、-5V、+24V和信号+5V直流电源，并输出+12V的直流电，稳压管使用7805、7905和7824。继电器为+5V直流驱动，接点容量为220V交流、3A。
先结合图8和图16总体上介绍主控制板11上，具有振荡电路和系统监控电路及复位电路的微处理器16与A/D转换器13、D/A转换器14、控制输出器15、实时时钟17、数码显示驱动器18、键盘操作驱动电路19和电可读写存储器20连接关系。微处理器16的单片机芯片U3的四个引脚分别接键盘操作驱动电路19的翻页键3、减键4、设定键5、增键6四个操作键的非地端，同时均经上拉电阻与稳压电源12的+5V输出端联接；微处理器16的单片机芯片U3的8个引脚作为实时时钟17的数据及地址总线与实时时钟芯片U4的8个引脚相联接，单片机芯片U3的3个引脚作为实时时钟17的读写控制线与实时时钟芯片U4的3个引脚相联接，单片机芯片U3的1个引脚作为秒时钟的中断申请线与实时时钟芯片U4的1个引脚相联接，实时时钟17的实时时钟芯片U4的1个引脚接稳压电源12的+5V输出端，1个引脚接地，有1个引脚作为实时时钟17的选通保护线与微处理器16的系统监控芯片U10连接；微处理器16的单片机芯片U3的4个引脚作为电读写存储器20的读写控制线与电读写存储器20的电读写存储芯片U5的4个引脚相联接，电读写存储器20有2个引脚接稳压电源12的+5V输出端，有1个引脚接地；微处理器16的单片机芯片U3的有8个引脚分别与数码显示驱动器18的两个锁存器芯片U6、U7的8个引脚连接联接，有两个引脚与该驱动器的两个三极管的基极连接，有2个引脚作为两个锁存器的选通控制线与锁存器芯片U6、U7的引脚连接，一个74HC373锁存器芯片U6用于显示驱动的位选信号锁存，另一个74HC373锁存器芯片U7用于显示驱动的段选信号锁存，锁存器芯片U6的8个引脚分别与8个三极管的基极相联接，10个三极管的发射极经弯头插头J11和插座J12作为数码管的位驱动与各位数码管的公共阳极相联接，锁存器芯片U7的8个引脚作为数码管的段显示驱动与各数码管的相应阴极引脚联接。
A/D转换器13主要由模拟开关芯片U9、A/D转换芯片U2、电压基准芯片U1、分频器芯片U8及4个π形滤波电路组成，每个π形滤波电路均有一个信号输入端，4个信号输入端分别为温度信号输入端、压强信号输入端、流量信号输入端、湿度信号输入端，每个π形滤波电路的输出端分别与模拟开关芯片U9的一个输入引脚连接。模拟开关芯片U9有1个引脚经电阻与A/D转换芯片U2的1个引脚连接，有两个引脚作为模拟开关芯片U9的选通控制线与微处理器16的两个引脚连接，有1个引脚接稳压电源12的-5V输出端。分频器芯片U8有1个引脚作为晶振的频率分频后的A/D采样频率输入端与微处理器16的单片机芯片U3的1个引脚连接。电压基准芯片U1有3个引脚并接后与稳压电源12的信号+5V端连接，有1个引脚经两个电阻串联接地后，将两个电阻的共接端作为A/D转换的参考基准电压VR与A/D转换芯片U2的1个引脚连接。A/D转换芯片U2的两个引脚之间连接着作为A/D转换的参考电容C4，A/D转换芯片U2有1个引脚接稳压电源12的-5V输出端，有1个引脚稳压电源12的信号+5V输出端。
控制输出器15主要由两个起开关作用的控制三极管N11、N12和两个起开关作用的控制三极管O3、O4及两个继电器J1、J2组成，微处理器16的单片机芯片U3有2个引脚作为控制输出端分别与三极管N11、N12的基极相连接，这两个三极管的集电极分别与三极管O3、O4的基极相联接，三极管O3、O4的集电极分别与继电器J1、J2的线圈一端相连接，继电器J1、J2的线圈另一端接稳压电源12的+12V输出端。
D/A转换器14由双运算放大芯片U11、反相器芯片U12、稳压管O5两个三极管O7、O8及外围电路元件组成。微处理器16的单片机芯片U3有1个引脚与反相器芯片U12的1个引脚连接，反相器芯片U12的1个引脚经电阻与双运算放大芯片U11的1个引脚连接，双运算放大芯片U11的该引脚经另外的电阻接稳压电源12的-5V输出端；稳压管O5的输入引脚接稳压电源12的+24V输出端，双运算放大芯片U11有一个引脚接三极管O8的基极，三极管O8的集电极与双运算放大芯片U11的1个引脚连接后经1个电阻与稳压管O5的输出引脚连接，该三极管的集电极与双运算放大芯片U11的1个引脚连接后经1电阻接地，三极管O7的发射极与双运算放大芯片U11的另个1个引脚连接后经1个电阻与稳压管O5的输出引脚连接，三极管O7的双运算放大芯片U11的第8脚接稳压电源12的+24V输出端，双运算放大芯片U11的1个引脚经电阻、电容并联电路与三极管O7的基极连接。
下面结合图8、图9、图10、图11、图12、图13和图14详细说明内部电路板上的各电子元器件的连接关系。
参见图11，本实施例的微处理器16是由AT89C52单片机芯片U3及外围电路组成，外围电路有起振电容C7、C8及石英晶振C9组成的振荡电路和MAX691系统监控芯片U10、电容C23、电阻R6、R7、R15和R16组成的系统监控电路及复位电路，电容C7和C8的一端接地，另一端和石英晶振C9的两端分别接在单片机芯片U3的第19引脚和第18引脚。系统监控芯片U10的第4引脚和第8引脚及电容C23的一端接地，电容C23的另一端接该芯片的第7引脚，电阻R6、R7、R15的一端接稳压电源12的+5V输出端，电阻R6、R7的另一端分别接在系统监控芯片U10的第16和第11引脚，这两引脚分别与单片机芯片U3的第9引脚和第11引脚连接，电阻R15的另一端与R16串联接地，这两个电阻的串联点接系统监控芯片U10的第9引脚。本图中还描述了微处理器16与键盘操作驱动电路19的连接关系，单片机芯片U3的第21、22、25、26引脚分别接键盘操作驱动电路19的翻页键3、减键4、设定键5、增键6四个操作键的非地端，同时均经阻值10K的上拉电阻与稳压电源12的+5V输出端联接。在图11中还描述了实时时钟17及电可读写存储器20与微外理器16的连接关系，单片机芯片U3的第32、33、34、35、36、37、38、39引脚分别与实时时钟芯片U4的第4、5、6、7、8、9、10、11引脚相联接，作为实时时钟芯片U4的数据及地址总线，单片机芯片U3的第16、17、30引脚分别与实时时钟芯片U4的第14、15、17引脚相联接，作为实时时钟芯片U4的读写控制线，单片机芯片U3的第13引脚与实时时钟芯片U4的第19引脚相联接，作为秒时钟的中断申请线，实时时钟芯片U4的第18脚接稳压电源12的+5V，第1引脚接地，第13引脚接系统监控芯片U10的第12引脚，作为实时时钟芯片U4的选通保护线。单片机芯片U3的第7、8、23、24引脚分别与电读写存储芯片U5的第1、2、3、4引脚相联接，作为电读写存储芯片U5的读写控制线，电读写存储芯片U5的第6、8引脚接稳压电源12的+5V输出端，第5引脚接地。
数码显示驱动器18用于解决电路板间连接导线过长造成的驱动能力不足问题，其电路组成参见图10，一个74HC373锁存器芯片U6用于显示驱动的位选信号锁存，另一个74HC373锁存器芯片U7用于显示驱动的段选信号锁存，单片机芯片U3的第32、33、34、35、36、37、38、39引脚分别与锁存器芯片U6、U7的第3、4、7、8、13、14、17、18引脚相联接，锁存器芯片U6的第2、5、6、9、12、15、16、19引脚分别与三极管N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8的基极相联接，单片机芯片U3的第14、15引脚分别与三极管N9、N10的基极相联接，三极管N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8、N9、N10的发射极经弯头插头J11和插座J12与各位数码管的公共阳极相联接，用于数码管的位驱动；各数码管的相应阴极引脚并联后分别与锁存器芯片U7的第2、5、6、9、12、15、16、19引脚相联接，用于数码管的段显示驱动。单片机芯片U3的第27、28引脚分别与锁存器U6、U7的第11脚相联接，作为该两芯片的选通控制线。
A/D转换器13的电路组成参见图9，它包括模拟开关芯片U9、A/D转换芯片U2、电压基准芯片U1、分频器芯片U8及外围电路元件组成。温度传感器TI的温度信号正输入端经电阻R24接由电阻R18、R19，电容C36、C41组成的π形滤波电路的输入端，π形滤波电路的输出端(X0)接模拟开关芯片U9的第12引脚；压强传感器PI的压强信号正输入端经电阻R25接由电阻R20、R21，电容C39、C40组成的π形滤波电路的输入端，π形滤波电路的输出端(X1)接模拟开关芯片U9的第14引脚；流量传感器FI的流量信号的正输入端经电阻R22接由电阻R28、R29，电容C37、C38组成的π形滤波电路的输入端，π形滤波电路的输出端(X2)接模拟开关芯片U9的第15引脚；湿度传感器HI的湿度信号的正输入端经电阻R40接由电阻R42、R43，电容C19、C20组成的π形滤波电路的输入端，π形滤波电路的输出端(X3)接模拟开关芯片U9的第11引脚。模拟开关芯片U9的第13引脚经电阻R4接A/D转换芯片U2的第10引脚，第9、10引脚接单片机芯片U3的第1、2引脚，这是模拟开关芯片U9的选通控制线，第7引脚接稳压电源12的-5V输出端。分频器芯片U8的第1引脚与单片机芯片U3的第22引脚即晶振C9的一端相联接，将晶振的频率16分频后作为A/D采样频率，第2、12引脚接地。电压基准芯片U1的第1、7、8引脚接稳压电源12的信号+5V，第3、4、5、6引脚接地，第2脚经电阻R1、R2接地，电阻R1、R2的共接端与A/D转换芯片U2的第2引脚相连接，电阻R1、R2上的分压作为A/D转换的参考基准电压VR。A/D转换芯片U2的第7引脚和第8引脚之间接电容C4作为A/D转换的参考电容，电容C2的一端接A/D转换芯片U2的第4引脚及电阻R23的一端，电容C3的一端接A/D转换芯片U2的第5引脚，电阻R3的一端接A/D转换芯片U2的第6引脚，电容C2、C3，电阻R3的另一端相并接，电阻R23的另一端接稳压管A3的一端，稳压管A3的另一端接地。A/D转换芯片U2的第1脚接稳压电源12的-5V输出端，第9引脚接地，第11引脚接稳压电源12的信号+5V输出端。
控制输出器15组成参见图14，单片机芯片U3的第3、4引脚分别与三极管N11、N12的基极相连接，三极管N11、N12的集电极分别与上限报警发光二极管LED1、下限报警发光二极管LED2的正极连接，也与三极管O3、O4的基极相联接，上述四个三极管的发射极及两个发光二极管LED1、LED2的负极都接地，三极管O3、O4的集电极与继电器J1、J2的线圈一端相连接，继电器J1、J2的线圈另一端接稳压电源12的+12V输出端。电容C14接在三极管O3的基极与地之间，电容C16接在三极管O4的基极与地之间。电阻R11、R13作为上拉电阻，一端并联后接稳压电源12的+5V，另一端分别与三极管N12、N11的基极相联接，电阻R12、R14也为上拉电阻，一端并联后接稳压电源12的+12V，另一端分别与三极管O4、O3的基极相联接，并与三极管N11、N12的集电极联接。
D/A转换器14的组成参见图12，它由双运算放大芯片U11和反相器芯片U12及外围电路元件组成。单片机芯片U3的第5脚接反相器芯片U12的第9引脚，反相器芯片U12的第10引脚与第11引脚相连，第12引脚接电阻R33，R33的另一端与电阻R34、C46、C48的一端并联，电容C46、C48的另一端接地，电阻R34的另一端与电阻R32的一端及双运算放大芯片U11的第5引脚相连接，电阻R32的另一端与电阻R31、R35的一端并联，电阻R31的另一端接稳压电源12的-5V输出端，电阻R35的另一端接地；稳压管O5的第1引脚接稳压电源12的+24V输出端，第2引脚接地，第3引脚与电阻R37、R39的一端并联，双运算放大芯片U11的第7引脚接三极管O8的基极，三极管O8的集电极与电阻R37的另一端及双运算放大芯片U11的第3引脚并联，三极管O8的发射极接电阻R36的一端及双运算放大芯片U11的第6引脚，电阻R36的另一端接地，双运算放大芯片U11的第8脚接稳压电源12的+24V输出端，第2引脚接电阻R39的另一端及三极管O7的发射极，第4引脚接稳压电源12的-5V输出端，电阻R38和电容C42并联，并联的一端接双运算放大芯片U11的第1引脚，另一端接三极管O7的基极，三极管O7的集电极接二极管A9的一端，二极管A9的另一端接输出的正接线端。
稳压电源12的组成参见图13，交流变压器T1的初级线圈L1接220V交流电源，次级线圈L2接二极管D5、D6、D7、D8组成的整流桥路BR1的输入端，该桥路的正输出端接滤波电容C50的正极性端及稳压管PW1、PW3的第1引脚，稳压管PW1的第3引脚作为+5V输出端，稳压管PW3的第3引脚作为信号+5V输出端，整流桥路BR1的输出端作为+12V输出端；次级线圈L3接二极管D9、D10、D11、D12组成的整流桥路BR2的输入端，该桥路的正输出端接滤波电容C51的正极性端及稳压管PW2的第2引脚，稳压管PW2的第3引脚作为-5V输出端；次级线圈L4接二极管D1、D2、D3、D4组成的整流桥路BR3的输入端，该桥路的正输出端接滤波电容C49的正极性端及稳压管PW4的第1引脚，稳压管PW4的第3脚作为+24V输出端；稳压管PW1、PW3、PW4的第2引脚，PW2的第1引脚，电容C49、C50、C51的负极性端，整流桥路BR1、BR2、BR3的负输出端并接在一起，作为所有电源的地。
下面结合图15详细说明本实用新型的工作过程本实用新型供上电源后，首先进入系统初始化状态，即图15中的步骤50，将实时时钟芯片U4中存储的信号量程设定参数及其他相关参数如当天日期、总累积值、当天累积值、报警设定参数、设计状态下的四路信号设定值及仪表标定参数值，存入单片机芯片U3的内存中，该步骤结束后，执行图15中的步骤51，温度传感器TI、压强传感器PI、流量传感器FI、湿度传感器HI分别安装在被检测输气管的相应的部位，进行温度、压强、流量和湿度四路信号的采样及转换。以流量信号的采集为例，流量信号在A/D转换器13的电阻R22、R27上分压得到相应的采样信号，再经电阻R28、R29，电容C35、C37、C38组成的π形滤波电路滤波整形后，输入至模拟开关芯片U9的第15引脚(X2)，再经单片机芯片U3的第1、2引脚(P1.0、P1.1)在模拟开关芯片U9的第9、10引脚进行选通，由模拟开关芯片U9的第13引脚(X)经电阻R4送至A/D转换芯片U2的正信号输入端即该芯片的第10引脚。A/D转换芯片U2为双积分型A/D转换器，其转换时间与输入信号的电压大小成正比，利用该特性，转换前单片机芯片U3的定时器0清零计数，在一次转换结束后，A/D转换芯片U2的第21引脚(BUSY)产生由高电平向低电平的跳变，该跳变亦送至单片机芯片U3的第12引脚，引发单片机芯片U3的外部中断0，在该中断服务程序中，停止定时器0的计数，再将该定时器的计数值进行适当处理，(该过程是根据双积分A/D转换原理，在仪表标定时，先输入信号的最大值，转换结束后在定时器0中所存储的数值为对应于该信号的计数值1，同理，再输入信号的最小值，得到对应于最小信号的计数值2，因此当输入信号的最大值与最小值之间的信号时，所得计数值也介于计数值1与计数值2之间，再依据插值原理，可反算得到该输入信号的幅值大小)从而得到流量信号的值大小。其他温度、压强、湿度三路信号的采样转换过程与上述过程相同，各通道由模拟开关芯片U9分时选通。
温度、压强、流量和湿度四路信号的转换值在单片机芯片U3中按事先建立的数学模型进行温湿压补偿计算，即图15中的步骤52，计算出的瞬时流量值经二进制转十进制译码(即BCD译码)后，送数码显示驱动器18处理。此时瞬时流量为小时流量，还须经数值处理为秒流量，当每一秒定时结束时，实时时钟芯片U4申请外部中断1。得到秒定时信号后，将累积值与该秒流量相加，从而得到经过一秒后的新的流量累积值，即完成图15中的步骤53。随后，判断一天的定时是否到，即图15中的步骤54，若未到则继续执行到步骤56；若已到，则执行图15的步骤55，程序将当时的天累积值存入电读写存贮芯片U5中，然后再执行步骤56。
步骤56中，将瞬时流量的数字量转换成模拟信号输出。单片机芯片U3按瞬时流量值的大小利用单片机芯片U3内的定时器2(该芯片内有定时器1、定时器2、定时器3三个定时器)在第5引脚(P1.4)得到一定幅值的脉宽调制信号，该信号经反相器芯片U12两次反相后，得到幅值为标准+5V有一定占空比的方波信号，该方波信号经电阻R31、R32、R33、R34、R35、电容C48组成的充放电电路得到幅值随脉宽调制信号占空比变化的电压信号，再经电阻R36、R37、R38、R39，电容C42、C46，三极管O7、O8，稳压管O5组成的两级运放—电压转电流电路，最终得到与瞬时流量值大小相应的4-20mA直流电流信号。其中稳压管O5是该电路的电流源。若要输出电压信号，则使用一阻值为标准250Ω的电阻接在二极管A9与地之间，在该电阻的两端即可得到1-5V的直流电压信号。
随后执行图15中的步骤57，瞬时流量与实时时钟芯片U4中的报警设定值、回差设定值相联系，判断出目前本实用新型的报警状态，通过单片机芯片U3的第3、第4脚(P1.2、P1.3)驱动图14中的三极管N11、N12。由图14中的三极管O3、O4、N11、N12，电阻R11、R12、R13、R14，电容C14、C16组成的两级电流驱动电路，根据三极管N11、N12的导通状态，控制O3、O4的导通与否，进而控制继电器J1、J2的得电与否，得电则将相应的外部报警装置(如电铃)或控制单元(如电机)接通，进行报警或控制操作，同时驱动相应的作为报警灯的发光二极管发光，指示报警状态，即图15中的步骤57。
当翻页键3、减键4、设定键5、增键6没有一个按下时，单片机芯片U3的第21、22、25、26引脚(P2.0、P2.1、P2.4、P2.5)经上拉电阻与稳压电源12的+24V接通，皆为高电平；当四个按键中的任一键按下时，会将单片机芯片U3的第21、22、25、26引脚中相应的管脚拉为低电平。在键盘判断程序中只须检查这四个管脚的电平状态(在单片机的I/O处理中，I/O口只能处于高电平、低电平和高阻三种状态之一，高电平即二进制中的逻辑1，直流电压在+2.7V～+5V之间，低电平即二进制中的逻辑0，直流电压在0～+2.7V之间，单片机内部电路根据电压值即可判断出电平状态，相应的处理为逻辑0或1，在程序中根据读入的逻辑值就可判断出该引脚的电平状态)。即可知道是哪个按键被按下，从而作出相应的键处理包括键的去抖动处理，(键的去抖动处理就是为了防止键盘的误判断，如人按下按键时，一般持续约10～20毫秒，当小于该段时间时，即可认为是键盘的误触发，在判断有键按下后，先不处理，延时10毫秒后再判断该按键，若仍按下，则确认该按键被按下)。四个按键进行组合，即可完成不同的操作功能，即图15中的步骤58。
单片机芯片U3的P0端口作为数据及地址总线时，与实时时钟芯片U4的A/D端口接通，其读写控制由单片机芯片U3的第16、17、30引脚和实时时钟芯片U4的第14、15、17引脚共同完成，进行系统设定参数的读取与存储；单片机芯片U3的P0端口作为数码显示驱动时，则与锁存器芯片U6、U7的D0～D7相通，单片机芯片U3的第27引脚(P2.6)先向锁存器芯片U7的第11引脚(LE)发选通信号，将P0端口的BCD码值送入锁存器芯片U7，从而在锁存器芯片U7的输出端Q0～Q7上得到并保持相应的高低电平状态，随后单片机芯片U3的第28引脚(P2.7)向锁存器芯片U6的第11引脚(LE)发选通信号，P0端口上的数码管位选通状态(第9、10位数码管是由单片机芯片U3的第14、15脚直接控制的，同一时刻只能有一位是高电平选通状态)送入锁存器芯片U6，在锁存器芯片U6的输出端Q0～Q7上得到并保持相应的高低电平状态。稳压电源12的+12V经三极管N1～N10中的某一个导通后，与相应数码管的共阳极接通，而10位数码管的段选线都与锁存器芯片U7的输出端Q0～Q7接通，其上的BCD码状态(低电平有效)就决定了该位数码管的那些笔划能形成回路，从而驱动该数码管显示一定的字符。
本实施例采用的单片机芯片U3(AT89C52)是51系列的8位单片机，内带8K字节的闪速程序存储器及256字节随机数据存储器，有三个定时器和五个中断源。定时器0作为A/D转换的采样计数器，定时器1用于显示驱动定时扫描，定时器2作为模拟输出D/A转换的计数器。还可选用更新的功能更全面的51系列八位单片机，如飞利浦公司的P87C52单片机。
单片机芯片U3的第11脚(P31)按程序向系统监控芯片U10的第11引脚不断发刷新信号，当单片机芯片U3因编程错误、电气噪声或电磁辐射干扰而进入错误状态时，该脚将无法按时刷新，超过定时后将由系统监控芯片U10的第16引脚(RET)输出复位信号至单片机芯片U3的第9引脚(RESET)，从而引起系统复位，保证了系统运算的可靠性；在系统上电时，系统监控芯片U10的第16引脚将直接输出复位信号至单片机芯片U3的第9引脚，系统进行上电复位。
参照本实施例，本专业的技术人员可根据实际情况，编制工作程序。
权利要求1.一种气体湿度补正流量仪，它包括外壳、数码显示屏、操作键盘、主控制板、电源板及后部接线端子，数码显示屏、操作键安装在外壳正面的显示板上，主控制版、显示板和电源板安装在外壳内，数码显示屏采用可同时显示各工程质量瞬时值和流量积算值，并在按下操作键盘的键时显示参数代码和参数数值双排数码管；操作键为增键、减键、设定键和翻页键；主控制板上安装着微处理器、数码显示驱动器、键盘操作驱动电路、电可读写存储器、A/D转换器、D/A转换器和控制输出器，A/D转换器具有温度信号输入端、压强信号输入端和流量信号输入端，微处理器由主控制作用的单片机芯片U3及外围电路组成；电源板安装着可输出+5V、-5V、+12V、+24V的直流电、信号+5V的稳压电源；后部接线端子通过外壳的卡入式结构，由金属弹片与主控制板和电源板相应的端子区连接；主控制板、电源板和显示板之间通过90度弯的插头和插座连接在一起，其特征是还设置着除产生时钟信号外，还可将工作状态参数存储在其中的实时时钟；微处理器是具有按照事先编写入内的程序对整体数字电路进行系统监控、产生的数据进行计算存储、可提供定时看门狗及电源监视功能的微处理器，微处理器具有振荡电路和系统监控电路及复位电路；电可读写存储器是存储不少于一个月的日累积量的读写储存器，A/D转换器还具有湿度信号输入端和与湿度信号输入端相连接的π形滤波电路。
2.根据权利要求1所述的压差式气体温度补正流量仪，其特征是微处理器(16)的单片机芯片U3的四个引脚分别接键盘操作驱动电路(19)的翻页键(3)、减键(4)、设定键(5)、增键(6)四个操作键的非地端，同时均经上拉电阻与稳压电源(12)的+5V输出端联接；微处理器(16)的单片机芯片U3的8个引脚作为实时时钟(17)的数据及地址总线与实时时钟芯片U4的8个引脚相联接，单片机芯片U3的3个引脚作为实时时钟(17)的读写控制线与实时时钟芯片U4的3个引脚相联接，单片机芯片U3的1个引脚作为秒时钟的中断申请线与实时时钟芯片U4的1个引脚相联接，实时时钟(17)的实时时钟芯片U4的1个引脚接稳压电源(12)的+5V输出端，1个引脚接地，有1个引脚作为实时时钟(17)的选通保护线与微处理器(16)的系统监控芯片U10连接；微处理器(16)的单片机芯片U3的4个引脚作为电读写存储器(20)的读写控制线与电读写存储器(20)的电读写存储芯片U5的4个引脚相联接，电读写存储器(20)有2个引脚接稳压电源(12)的+5V输出端，有1个引脚接地；微处理器(16)的单片机芯片U3的有8个引脚分别与数码显示驱动器(18)的两个锁存器芯片U6、U7的8个引脚连接联接，有两个引脚与该驱动器的两个三极管的基极连接，有2个引脚作为两个锁存器的选通控制线与锁存器U6、U7的引脚连接，一个锁存器芯片U6用于显示驱动的位选信号锁存，另一个锁存器芯片U7用于显示驱动的段选信号锁存，锁存器芯片U6的8个引脚分别与8个三极管的基极相联接，10个三极管的发射极经弯头插头J11和插座J12作为数码管的位驱动与各位数码管的公共阳极相联接，锁存器芯片U7的8个引脚作为数码管的段显示驱动与各数码管的相应阴极引脚联接；A/D转换器(13)主要由模拟开关芯片U9、A/D转换芯片U2、电压基准芯片U1、分频器芯片U8及4个π形滤波电路组成，每个π形滤波电路均有一个信号输入端，4个信号输入端分别为温度信号输入端、压强信号输入端、流量信号输入端、湿度信号输入端，每个π形滤波电路的输出端分别与模拟开关芯片U9的一个输入引脚连接。模拟开关芯片U9有1个引脚经电阻与A/D转换芯片U2的1个引脚连接，有两个引脚作为模拟开关芯片U9的选通控制线与微处理器(16)的两个引脚连接，有1个引脚接稳压电源(12)的-5V输出端。分频器芯片U8有1个引脚作为晶振的频率分频后的A/D采样频率输入端与微处理器(16)的单片机芯片U3的1个引脚连接；电压基准芯片U1有3个引脚并接后与稳压电源(12)的信号+5V端连接，有1个引脚经两个电阻串联接地后，将两个电阻的共接端作为A/D转换的参考基准电压VR与A/D转换芯片U2的1个引脚连接；A/D转换芯片U2的两个引脚之间连接着作为A/D转换的参考电容C4，A/D转换芯片U2有1个引脚接稳压电源(12)的-5V输出端，有1个引脚稳压电源(12)的信号+5V输出端；控制输出器(15)主要由两个起开关作用的控制三极管N11、N12和两个起开关作用的控制三极管O3、O4及两个继电器J1、J2组成，微处理器(16)的单片机芯片U3有2个引脚作为控制输出端分别与三极管N11、N12的基极相连接，这两个三极管的集电极分别与三极管O3、O4的基极相联接，三极管O3、O4的集电极分别与继电器J1、J2的线圈一端相连接，继电器J1、J2的线圈另一端接稳压电源(12)的+12V输出端；D/A转换器(14)由双运算放大芯片U11、反相器芯片U12、稳压管O5两个三极管O7、O8及外围电路元件组成；微处理器(16)的单片机芯片U3有1个引脚与反相器芯片U12的1个引脚连接，反相器芯片U12的1个引脚经电阻与双运算放大芯片U11的1个引脚连接，双运算放大芯片U11的该引脚经另外的电阻接稳压电源(12)的-5V输出端；稳压管O5的输入引脚接稳压电源(12)的+24V输出端，双运算放大芯片U11有一个引脚接三极管O8的基极，三极管O8的集电极与双运算放大芯片U11的1个引脚连接后经1个电阻与稳压管O5的输出引脚连接，该三极管的集电极与双运算放大芯片U11的1个引脚连接后经1电阻接地，三极管O7的发射极与双运算放大芯片U11的另个1个引脚连接后经1个电阻与稳压管O5的输出引脚连接，三极管O7的双运算放大芯片U11的第8脚接稳压电源(12)的+24V输出端，双运算放大芯片U11的1个引脚经电阻、电容并联电路与三极管O7的基极连接。
专利摘要一种名为气体湿度补正流量仪的压差式气体流量检测装置，它包括数码显示屏、键盘操作驱动电路、主控制板、安装着可输出5个直流电输出端的稳压电源的电源板，主控制板安装着微处理器、数码显示驱动器、操作键盘操作电路、电可读写存储器、A/D转换器、D/A转换器和控制输出器，微处理器由单片机芯片U3及外围电路组成，其特征是还设置着产生时钟信号并可存储参数的实时时钟；微处理器具有振荡电路和系统监控电路及复位电路；电可读写存储器可存储不少于一个月的日累积量，A/D转换器还具有湿度信号输入端及与该端相连接的π形滤波电路。本实用新型补正了湿度对流量引起的波动，降低了检测气体流量的误差。
文档编号G01F1/34GK2655188SQ03218240
公开日2004年11月10日 申请日期2003年6月13日 优先权日2003年6月13日
发明者王洪, 黄际民, 权正锐, 何湘琳, 史卿 申请人:太原钢铁(集团)有限公司