摘要:介紹了一種渦輪式氣體流量計(jì)的溫度、壓力補(bǔ)償方法，該方法采用MS5535B傳感器測(cè)量被測(cè)氣體的溫度和壓力,采用軟件方法進(jìn)行補(bǔ)償。
0引言
　　氣體的流量通常用體積流量來(lái)表示，體積流量是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)管路任一截面的氣體體積。但是由于氣體分子排列松散，隨著溫度或壓力的變化，分子間距會(huì)發(fā)生變化，體積也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。體積與壓力成反比，與溫度成正比，在溫度和壓力變化的情況下，無(wú)法計(jì)量和比較氣體的體積流量，需要將其統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量。工程上氣體流量--般都以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量來(lái)表示。因此，需要對(duì)工作狀態(tài)下測(cè)得的氣體流量進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償"。
1渦輪式氣體流量計(jì)的溫度、壓力補(bǔ)償方法.
　　渦輪式氣體流量計(jì)直接測(cè)量的是工作狀態(tài)下氣體的體積流量，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體的體積流量為:
 
　　式中qvn、qv一分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和工作狀態(tài)下的體積流量，m³/h;p、T、Z一分別為工作狀態(tài)下絕對(duì)壓力(Pa)，熱力學(xué)溫度(K)和氣體壓縮系數(shù);pn、Tn、Zn一-分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下絕對(duì)壓力(Pa)，熱力學(xué)溫度(K)和氣體壓縮系數(shù)日。
　　由于被測(cè)氣體所處狀態(tài)壓力較低，且溫度大大.高于臨界溫度，因此可以按理想氣體計(jì)，這時(shí)氣體壓縮系數(shù)取為18。將測(cè)量得到的工作狀態(tài)下的溫度和壓力數(shù)值帶入(1)式，即可得到補(bǔ)償后的氣體流量數(shù)值。
2溫度、壓力測(cè)量用傳感器
　　工作狀態(tài)下的溫度、壓力數(shù)值可采用型號(hào)為MS5535B的集成壓力傳感器來(lái)進(jìn)行測(cè)量。MS5535B的主要功能是將從壓阻式壓力傳感器輸出的未經(jīng)補(bǔ)償模擬電壓值轉(zhuǎn)換為16位的數(shù)字量，同時(shí)提供-一個(gè)傳感器溫度的16位數(shù)字量。該芯片具有如下特點(diǎn):
1)0-14bar的絕對(duì)壓力范圍
2)芯片中存有用于軟件補(bǔ)償?shù)?個(gè)系數(shù)
3)15位的ADC.
4)3線串行接口.
5)1個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘(32.768kHz)
6)低電壓低能量消耗
7)供電電壓在2.2V~3.6V
8)低電壓電流
9)-40~+125℃工作溫度
MS5535B有8個(gè)引腳，引腳定義和功能如表1所示。
 
3溫度、壓力測(cè)量傳感器與單片機(jī)的接口.電路設(shè)計(jì)
　　MS5535B與單片機(jī)MSP430F147的通信是通過(guò)3線同步的串行接口實(shí)現(xiàn)的。圖1為壓力傳感器MS5535B和單片機(jī)MSP4320F147的硬件連接圖。單片機(jī)MSP430F147的P2.1引腳輸出同步串行時(shí)鐘信號(hào)，P2.4引腳采樣由MS5535B輸出的數(shù)據(jù)，P2.2引腳輸出數(shù)據(jù)給MS5535B,P2.0引腳向MS5535B輸出32.768kHZ的主時(shí)鐘信號(hào)。
 
4軟件設(shè)計(jì)
　　MS5535B輸出的電壓與溫度和測(cè)量過(guò)程的誤差有很大關(guān)系，所以需要補(bǔ)償這些影響。補(bǔ)償是通過(guò)單片機(jī)MSP430F147軟件補(bǔ)償來(lái)實(shí)現(xiàn)的。補(bǔ)償用的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)Wordl到Word4存儲(chǔ)在MS5535B的64位PROM中，可通過(guò)單片機(jī)MSP430F147的軟件讀出用于對(duì)16位的壓力值(D1)和16位溫度值(D2)進(jìn)行補(bǔ)償，得到用于渦輪式氣體流量計(jì)溫度、壓力補(bǔ)償?shù)膲毫χ岛蜏囟戎�。圖2描述了讀取壓力值、溫度值和軟件補(bǔ)償執(zhí)行的過(guò)程。首先，通過(guò)串行接口讀出wordl到word4。下一步，用位方式邏輯和移位操作取出補(bǔ)償系數(shù)C1到C6(wordl到word4的位模式參考表2)。然后單片機(jī)MSP430F147通過(guò)串行接口讀取16位的壓力值(D1)和16位溫度值(D2)。最后，通過(guò)D1、D2和C1到C6運(yùn)用圖2所示的運(yùn)算法則計(jì)算出補(bǔ)償后的壓力值。
 
 
　　Wordl到Word4、D1和D2是通過(guò)3線同步串.行通信讀取的。MS5535B在SCLK的，上升沿采樣一位，并且在上升沿發(fā)送一-位，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換的同步。單片機(jī)MSP430F147在SCLK的下降沿采樣從MS5535B的DOUT引腳輸出的數(shù)據(jù)，并且在SCLK的下降沿將數(shù)據(jù)發(fā)送到MS5535B的DIN引腳，SCLK信號(hào)是由單片機(jī)MSP430F147產(chǎn)生的。輸出數(shù)據(jù)的選擇通過(guò)向MS5535B的DIN(數(shù)據(jù)輸入)腳輸入相應(yīng)的指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。
 
　　如圖3所示，MS5535B和單片機(jī)MSP430F147的每一次通訊都是以單片機(jī)MSP430F147向MS5535B芯片的DIN腳發(fā)送一個(gè)指令序列開(kāi)始的。在每一個(gè)指令序列之前都有一一個(gè)開(kāi)始序列(3個(gè)高電平1),每一個(gè)指令序列之后都有一個(gè)停止序列(3位低電平0)。每一條指令有四位組成，用于選擇由MS5535B的DOUT腳輸出的是壓力、溫度或是校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。在輸出壓力和溫度時(shí)，在停止序列的最后--位時(shí)，MS5535B的DOUT腳會(huì)輸出一個(gè)應(yīng)答信號(hào)一低電平到高電平的轉(zhuǎn)換，表示了一次轉(zhuǎn)換的開(kāi)始。應(yīng)答信號(hào)之后，單片機(jī)MSP430F147向MS5535B的SCLK腳輸人2個(gè)脈沖，然后再輸出低電平，保持MS5535B的SCLK腳為低，直到在MS5535B的DOUT腳出現(xiàn)由高到低的信號(hào)，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。單片機(jī)MSP430F147通過(guò)向MS5535B的SCLK腳輸入另外的17脈沖讀出MS5535B的DOUT腳輸出的16位數(shù)字。
　　如果單片機(jī)MSP430F147和MS5535B失去同步性，可以用通過(guò)復(fù)位指令來(lái)重新啟動(dòng)。在每--次轉(zhuǎn)換指令之前先向MS5535B的DIN腳發(fā)送復(fù)位指令，以防止由于電氣沖突協(xié)議長(zhǎng)久掛起。
5結(jié)論
　　氣體渦輪流量計(jì)采用MS5535B檢測(cè)工作狀態(tài)下的氣體溫度和壓力，用軟件實(shí)現(xiàn)溫度和壓力自動(dòng)補(bǔ)償。試驗(yàn)證明實(shí)驗(yàn)樣機(jī)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)要求的主要技術(shù)指標(biāo)。

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