Система обработки данных измерения ультразвукового расходомера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Томский политехнический университет

Кафедра «Информационно-измерительной техники»

Курсовой проект

на тему: Система обработки данных измерения ультразвукового расходомера

Выполнил:

Рыжков А.Г.

Томск - 2007

• Содержание
• Ведение
• 1. Техническое задание
• 2.Методы и средства измерений расхода и количества вещества
• 3. Выбор структурной схемы прибора
• 4. Выбор элементов принципиальной схемы
• 5.Текст программы
• Заключение
• Введение расходомер вещество поток схема
• Измерители расхода различных веществ занимают важное место среди средств представления первичной информации. С их помощью решаются многие задачи, характеризующие ход различных технологических процессов:
• 1. Учет количества - суммарного расхода.
• 2. Информация о величине текущего значения расхода.
• 3. Автоматическое поддержание заданного значения расхода.
• 4. Автоматическое поддержание заданного соотношения между расходами двух или нескольких компонентов.
• 5. Автоматическое дозирование.
• 6. Информация об утечках и ряд других.
• По мере формирования в России новых принципов построения экономических отношений растет заинтересованность в применении систем измерения объема и расхода воды на промышленных объектах и в коммунальном хозяйстве для осуществления финансовых расчетных операций.
• Вода законодательно переведена в категорию платных ресурсов, операции ее купли-продажи постепенно избавляются от формального подхода, обретая черты обычных товарных отношений. Развитие и совершенствование данных отношений зависит от методологии ценообразования и уровня организации водоучета.
• Цены на воду формируются под воздействием экономических, правовых и политических аспектов. Уровень организации систем измерения объема и расхода воды зависит от степени промышленного развития и культуры производства. Органичное совершенствование этих двух факторов стимулирует рациональное использование водных и энергетических ресурсов. Системы измерения объема и расхода воды выполняют функции инструмента, обеспечивающего количественный контроль.
• Объем воды учитывается при: заборе ее поверхностных и подземных источников; реализации холодной и горячей воды; определении количества воды, сбрасываемой после ее использования; контроле потребления тепла, если вода используется в качестве теплоносителя.
• Помимо использования для расчетных операций системы измерения расхода и объема воды находят широкое применение для контроля технологических процессов в промышленности и коммунальном хозяйстве. Технологический контроль расходов воды необходим для: управления процессами ее транспортирования, например, обеспечения оптимальных режимов работы насосных установок; поддержания требуемых нагрузок на сооружения, в том числе регулирования скорости фильтрования. Системы измерения расхода воды находят широкое применение при дозировании реагентов, управлении процессами промывки и охлаждения, для оценки эффективности функционирования различных сооружений, установок и аппаратов, а также для диагностики их неисправностей.
• 1. Техническое задание
• 1. Ультразвуковой расходомер.
• 2. Расходомер предназначен для измерения объема и расхода жидкости в напорных трубах жилищно-коммунального хозяйства.
• 3. Конструктивно счетчик состоит из электронного блока и первичного преобразователя, которые могут быть совмещены друг с другом или удалены на расстояние до 150м.
• Отличительные особенности и основные характеристики
• · Низкое энергопотребление (питание от литиевых батарей до 4лет или от сети и аккумулятора).
• · Конструктивно счетчик состоит из электронного блока и первичного преобразователя, которые могут быть совмещены друг с другом или удалены на расстояние до 150м.
• · Работоспособность практически не зависит от качества воды.
• · Высокая чувствительность на малых расходах (в 10 раз выше, чем у турбинных счетчиков).
• · Отсутствие деталей, подверженных механическому износу.
• · Встроенный счетчик часов безаварийной работы.
• · Многоуровневая система защиты информации, включающая энергонезависимую память.
• · Возможность дистанционного считывания показаний.
• · Функция контроля направления потока.
• · Архив.
• Технические характеристики расходомера

Наименование параметра	Условный диаметр Ду, мм
	20	25	32	40
Верхний предел измерения Qмакс, м3/ч	6,3	8	12,5	20
Переходный расход Qt, м3/ч	0,125	0,16	0,25	0,4
Минимальный расход Qмин, м3/ч	0,063	0,08	0,125	0,2
Порог чувствительности Qо, м3/ч	0,002	0,004	0,006	0,01
Цена импульса, л/имп	10	10	10	100
Габаритная длина, мм	165	190	260	260

• Погрешность измерения
• Погрешность прибора (dм, %), в диапазоне расходов от Qt до Qмин определяется формулой в зависимости от измеряемого расхода - Q
• dm = d + (5 - d) * (Qt - Q) / (Qt - Qмин)
• Выходные сигналы расходомера
• - импульсный
• - токовый 4..20 мА
• - частотный 1кГц
• - RS-485, протокол обмена Modbus
• Питание расходомера
• - от сети переменного тока 220В с резервным источником или без него
• - от сети потоянного тока 9В с резервным источником или без него
• - от литиевых батарей
• 2. Методы и средства измерений расхода и количества вещества
• Расход есть величина, численно равная количеству вещества, проходящего по транспортному устройству в единицу времени. Различают объемный (м³/ч) и массовый (кг/с) расход вещества. Приборы для измерений количества вещества называются счетчиками, для измерений расхода вещества -- расходомерами. Отдельную группу приборов и устройств, используемых для учета и стабилизации материальных потоков, составляют весы, дозаторы и счетчики штучных изделий.
• Весы -- это прибор для определения масс тел по действующей на них силе тяжести. Дозатор -- это устройство, предназначенное для автоматического отмеривания и выдачи заданного количества вещества в виде порций или постоянного расхода.
• В практике получили распространение расходомеры нижеследующих групп: переменного перепада давления, обтекания, тахометрические, электромагнитные и ультразвуковые.
• Расходомеры переменного перепада давления имеют широкое применение в пищевой промышленности. Принцип их действия основан на измерении перепада давления, который образуется в результате местного изменения скорости потока жидкости, газа или пара. Расходомер состоит из первичного преобразователя (сужающего устройства), дифференциального манометра и соединительной (импульсной) линии. В состав этой системы может входить нормирующий преобразователь, преобразующий показания дифманометра в электрический или пневматический сигнал и вторичный прибор для регистрации этого сигнала.
• Стандартные сужающие устройства подразделяются на три типа: нормальная диафрагма, нормальное сопло и труба (сопло) Вентури. Максимальная погрешность измерений расхода с помощью расходомеров переменного перепада давления при нормальных условиях эксплуатации составляет от 1,0 до 6,0%.
• Расходомеры обтекания эксплуатируются в производственных условиях для измерений расходов жидкостей от 0,0025 до16 м³/ч, а газов от 0,06 до 40 м³/ч. Принцип их действия основан на уравновешивании обтекаемого тела потоком измеряемого вещества. Форма обтекаемого тела может быть различной: поплавок, поршень, шар, диск, крыло и другие. Они используются для измерения малых расходов жидкостей и газов, включая агрессивные, имеют незначительные потери давления и хорошие динамические характеристики, а также постоянство относительной погрешности. По конструктивным особенностям эти расходомеры подразделяются на ротаметры, поршневые и поплавковые расходомеры. По принципу действия они аналогичны. Приведенная погрешность составляет (0,5ч1,0)%.,
• Тахометрические расходомеры, преобразующие скорость потока в угловую скорость вращения обтекаемого элемента, подразделяются на турбинные и шариковые. Эти расходомеры состоят из аксиальной или тангенциональной лопастной турбинки, опирающейся на керновые подпятники или подшипники. В качестве вторичного преобразователя, измеряющего скорость вращения турбинки, часто используют индукционный преобразователь. При вращении турбинки в индукционной катушке наводятся импульсы электрического напряжения, частота которых пропорциональна угловой скорости вращения турбинки. Приборы просты по конструкции, имеют большую чувствительность и большие пределы измерений, как для малых от 5-10~⁹ м³/с, так и больших до 1м³/с расходов жидкостей, малую инерционность, а приведенная погрешность составляет (0,5 ч- 1,0)%.
• Шариковые расходомеры применяют, в основном, для измерений расхода агрессивных сред и сред, содержащих абразивные включения.
• Электромагнитные расходомеры преобразуют скорость движения в магнитном поле электропроводящей жидкости в ЭДС, не имеют контакта с контролируемой средой. Эти расходомеры состоят из участка трубопровода, изготовленного из немагнитного материала, покрытого изнутри электрической изоляцией (резина, эмаль, фторопласт и др.) и расположенного между полюсами магнита, магнитная индукция которого направлена перпендикулярно оси трубопровода. При движении электропроводной жидкости в магнитном поле появляется ЭДС индукции, пропорциональная скорости ее движения. Для съема ЭДС через стенку трубы вводятся электроды, сигнал с которых поступает на измерительное устройство и вторичный прибор.
• Электромагнитные расходомеры используют для измерений расходов жидкостей в диапазоне от 10^-9 до 3 м³/с. Шкала прибора линейная, погрешность измерения составляет 1 ч2%.
• Ультразвуковые расходомеры -- это приборы, принцип действия которых основан на увеличении звуковых колебаний движущейся средой. Они перспективны для измерений загрязненных, быстро кристаллизирующихся и агрессивных жидкостей и пульп. Основными элементами первичных преобразователей этих расходомеров являются пьезоэлементы, которые выполняют функции излучателей и приемников ультразвуковых колебаний. Основная погрешность составляет 2 ч4%.
• 3. Выбор структурной схемы прибора
• На трубопроводе монтируются излучатель ультразвука 1, который излучает полученный от генератора ультразвук по направлению к приемнику под углом к потоку жидкости, и приемник 2. Колебания, принимаемые приемником, усиливаются усилителем и подаются на блок обработки результатов измерения, который измеряет разность фаз колебаний, поступающих с приемника, пропорциональную расходу жидкости. Выходное напряжение фазометра подается на индикатор. Основным недостатком фазового расходомера является зависимость его показаний от скорости распространения ультразвука в жидкости.
• 4. Выбор элементов принципиальной схемы
• · микросхема питания REF192GP
• · С1 = С2 = 30 Ф
• · С3 = 0.1 Ф
• · R8 = 10 kОм
• · R1 = R2…= R7 = 510 Ом
• · одноразрядные цифробуквенные индикаторы KingBriht (B*56) -3 шт
• · микроконтроллер ADuC812 со встроенным АЦП
• · резисторы светодиодов - 7 шт
• · датчик - 1 шт
• 5. Текст программы
• Программа измерения разности фаз двух сигналов
• ANODY EQU P 1 ; Аноды индикаторов
• CATSOT EQU P 2.7 ; Катод "сотен"
• CATDES EQU P 2.6 ; Катод "десятков"
• CATED EQU P 2.5; Катод "единиц"
• IN1 EQU P 1.3; Вход первого сигнала
• IN2 EQU P 1.4; Вход второго сигнала
• HEX EQU R 7; Регистр содержит разницу между первым и вторым каналом в ;шестнадцатеричном виде
• SOT EQU R6 ; Сотни HEX-числа
• DES EQU R5; Десятки HEX-числа
• ED EQU R4; Единицы HEX-числа
• TEMP EQU R3; Регистр для хранения временных данных
• Программа
• ORG 0
• LJMP NACHALO;
• NACHALO: Начало главного цикла программы
• MOV HEX,#0;Обнуляем значение сдвига фаз между сигналами
• Ожидание импульса с первого канала
• IMP1: Ждём импульса первого канала
• JNB IN1,INP1; Если не пришёл, то ждём дальше
• Ожидание импульса со второго канала
• IMP2:
• JB IN2,INDIC; Если пришёл импульс 2-го канала, отображаем ;значение
• INC HEX; Увеличиваем значение сдвига фаз на единицу
• JMP IMP2 Если не пришёл, то ждём дальше
• Подготовим данные к индикации
• INDIC:
• LCALL HEX2HIBCD; Преобразуем двоичное число в двоично-десятичное
• MOV TEMP,SOT ; Преобразуем двоично-десятичное значение TEMP
• LCALL SEGM_7; в код семисегментного индикатора
• MOV SOT,TEMP ; возвращаем значение регистр сотен
• MOV TEMP,DES ; Преобразуем двоично-десятичное значение TEMP
• LCALL SEGM_7; в код семисегментного индикатора
• MOV SOT,DES; возвращаем значение регистр десяток
• MOV TEMP,ED; Преобразуем двоично-десятичное значение TEMP
• LCALL SEGM_7; в код семисегментного индикатора
• MOV SOT,ED; возвращаем значение регистр единиц
• Выводим значение на индикатор
• SETB CATSOT; Отключаем общий катод сотен
• SETB CATDES; Отключаем общий катод десятков
• SETB CATED; Отключаем общий катод единиц
• Отправляем сотни на светодиодный индикатор
• MOV ANODY,SOT; Выводим значение сотен на индикатор
• CLR CATSOT; Включаем катоды сотен
• NOP
• NOP
• NOP
• SETB CATSOT; Отключаем катоды сотен
• Отправляем десятки на светодиодный индикатор
• MOV ANODY,DES; Выводим значение десятков на индикатор
• CLR CATDES; Включаем катоды десятков
• NOP
• NOP
• NOP
• SETB CATDES; Отключаем катоды десятков
• Отправляем единицы на светодиодный индикатор
• MOV ANODY,ED; Выводим значение сотен на индикатор
• CLR CATED; Включаем катоды единиц
• NOP
• NOP
• NOP
• SETB CATED; Отключаем катоды единиц
• Зацикливание программы
• LJMP NACHALO; Начинаем все процедуры заново
• Подпрограммы
• HEX2HIBCD
• Подпрограмма преобразует шестнадцатеричное число в двоично-десятичное
• HEX2HIBCD:
• MOV SOT,#0; Обнуляем сотни
• MOV DES,#0; Обнуляем десятки
• MOV ED,#0; Обнуляем единицы
• SOTNI:
• SUBB HEX,#100; Вычитаем из HEX-числа сотню
• JC DESYATKI; Если теперь HEX-;число меньше нуля, то ;переходим к десякам
• INC SOT; Увеличиваем значение сотен на единицу
• JMP SOTNI ; Повторяем цикл
• DESYATKI:
• ADD HEX,#100; Прибавляем к HEX-числу сотню
• DESYAT_1:
• SUBB HEX,#10; Вычитаем из HEX-числа десяток
• JC EDINICY; Если теперь HEX-;число меньше нуля, то ;переходим к единицам
• INC DES; Увеличиваем значение десятков на единицу
• JMP DESYT_1; Повторяем цикл
• EDINICY:
• ADD HEX,#10
• EDIN_1:
• SUBB HEX,#1; Вычитаем из HEX-числа единицу
• JC VYPOLNENO ; Если теперь HEX-число меньше нуля, значит ;всё преобразовали
• INC ED; Увеличиваем значение единиц на единицу
• JMP EDIN_1; Повторяем цикл
• VYPOLNENO:
• RET ; Возвращаемся из ;подпрограммы ;преобразований
• SEGM7
• Подпрограмма преобразует двоично-десятичное число в код для вывода на семисегментный индикатор
• SEGM7:
• MOV A,#0; Загружаем в аккумулятор проверяемое значение
• SUBB A,TEMP; Если разность между аккумулятором и ;регистром TEMP равна нулю,
• JZ SEGM7_0; то переходим на соответствующую метку
• MOV A,#1
• SUBB A,TEMP
• JZ SEGM7_1
• MOV A,#2
• SUBB A,TEMP
• JZ SEGM7_2
• MOV A,#3
• SUBB A,TEMP
• JZ SEGM7_3
• MOV A,#4
• SUBB A,TEMP
• JZ SEGM7_4
• MOV A,#5
• SUBB A,TEMP
• JZ SEGM7_5
• MOV A,#6
• SUBB A,TEMP
• JZ SEGM7_6
• MOV A,#7
• SUBB A,TEMP
• JZ SEGM7_7
• MOV A,#8
• SUBB A,TEMP
• JZ SEGM7_8
• MOV A,#9
• SUBB A,TEMP
• JZ SEGM7_9
• SEGM7_0:; Если значение TEMP равняется нулю,
• MOV TEMP,#3FH; то присваиваем ему нуль в семисегментном коде
• RET; и возвращаемся из подпрограммы
• SEGM7_1:; Если значение TEMP равняется единице,
• MOV TEMP,#06H; то присваиваем ему единицу в семисегментном коде
• RET; и возвращаемся из подпрограммы
• SEGM7_2:; Если значение TEMP равняется двум,
• MOV TEMP,#5BH; то присваиваем ему двойку в семисегментном ;коде
• RET; и возвращаемся из подпрограммы
• SEGM7_3:; Если значение TEMP равняется трём,
• MOV TEMP,#4FH; то присваиваем ему тройку в семисегментном коде
• RET; и возвращаемся из подпрограммы
• SEGM7_4; Если значение TEMP равняется четырём,
• MOV TEMP,#66H; то присваиваем ему четвёрку в семисегментном коде
• RET; и возвращаемся из подпрограммы
• SEGM7_5:; Если значение TEMP равняется пяти,
• MOV TEMP,#6DH; то присваиваем ему пятёрку в семисегментном коде
• RET; и возвращаемся из подпрограммы
• SEGM7_6: ; Если значение TEMP равняется шести,
• MOV TEMP,#7DH; то присваиваем ему шестёрку в семисегментном коде
• RET; и возвращаемся из подпрограммы
• SEGM7_7:; Если значение TEMP равняется семи,
• MOV TEMP,#07H; то присваиваем ему семёрку в семисегментном коде
• RET; и возвращаемся из подпрограммы
• SEGM7_8: ; Если значение TEMP равняется восьми,
• MOV TEMP,#7FH; то присваиваем ему восьмёрку в ;семисегментном коде
• RET; и возвращаемся из подпрограммы
• SEGM7_9:; Если значение TEMP равняется девяти,
• MOV TEMP,#6FH; то присваиваем ему девятку в семисегментном коде
• RET; и возвращаемся из подпрограммы
• END
• Заключение
• В данном курсовом проекте была сделана попытка разработать прибор, измеряющий расход воды системе водоснабжения жилищно-коммунального хозяйства. Прибор имеет аналоговую и цифровую части. Ввод данных, их обработка и вывод на светодиодные индикаторы осуществляется с помощью микроконвертера ADuC 812.
• Проект можно рассматривать как упрощенную модель ультразвукового расходомера, измеряющего расход воды в ситеме водоснабжения ЖКХ, так как не осуществлена регулировка амплитуды сигнала, поступающего на вход первичного преобразователя, и присутствует наличие дополнительной погрешности при обработке сигнала из-за использования целочисленная арифметика.
• Размещено на Allbest.ru
...