运动切割磁力线时，就会产主感应电动势，其方向又右手定则确 定，其大小有磁感应强度导体在磁场内的长度导体的运动速度三者的 乘积决定，这就是法拉第定律。根据此原理可以测导电流体的流量。但是由于 感应电势很小，般为毫伏数量级，故对抗干扰要求很高，且流体必须具有导 电性。对于大管径流量方面，电磁式流量计较前面所述的流量计具有较大优势， 它可以制成直径的流量计。 超声波流量计是种较新的测量方法，它利用超声波在流体中的传播速度与 流体流动速度有关，据此可以实现流量测量。这种方法也不会造成压力损失， 并且适合于大管径非导电性强腐蚀性的液体或气体流量的测量。 分析比较以上几种流量计的优缺点，前三种中虽然有的测量精度较高，但 是都有定的压力损失，因为这些方法对流动或多或少有些阻力，而且只适用 于小管径的流量测量而电磁式和超声式流量计则可维持管道畅通无阻，或者 说压力损失微不足道，而且对于大管径流量测量具有绝对的优势从电磁式和 超声式来比较，超声式对于大管径的流量测量更具有优势，且抗干扰能力比电 磁式要强。 电磁流量计简介 概述 电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律研制成功的种流量计，重要用于 测量导电液体体积流量。世纪年代便有了比较系统的电磁流量计的理论， 世纪年代开始进入工业应用领域。世纪年代电磁流量计技术有 了突破性的发展，成为使用广泛的类仪表，应用领域涉及工业农业医学 等多个领域，可测介质范围也从电导率很低的蒸馏水到电导率很高的液态金属， 并有成熟的耐高温高压及高腐蚀性的设计方法。电磁流量计已基本实现小型化 智能化体化，并已有级精度的商品化电磁流量计出现。 电磁流量计采用的原理与常见的差压式流量计不同，后者需要在管道中设 臵定的检测元件，因此也易造成堵塞应的流量控制子程序，实现对流量的控制，达到预期的控制要求 三各子程序。各个子程序完成具体的实现方法，主要包括设定值输入数 码管显示步进电机控制转换中断定时器中断采样中断等。由此我 第章绪论 本课题的来源及研究对象 石油化工是我国国民经济的支柱产业之，其所实现的利润约占全国国有 及国有控股企业总利润的左右。油井产量的计量是油田生产管理中的项 重要工作，对油井产量进行准确及时的计量，对掌握油藏状况，制定生产方 案，具有重要的指导意义。目前国内各油田采用的油井产量计量方法主要有玻 璃管量油孔板测气翻斗量油孔板测气两相分离密度法和三相分离计量方法 等。随着技术的进步，油田越来越需要功能强自动化程度高的油井计量设备 以提高劳动生产率和油田的管理水平。 除此以外，为了使高粘度的石油得到开采，就得在开采过程中直接加入降 粘剂，如果加少了，石油抽不上来，加多了又造成经济浪费，由此引出了这个 恒流量的控制系统。 综上所述，无论是在石油的开采过程中注入降粘剂，还是在石油的计量及 运输过程中，对于流量都要求定的精确计量和控制。因此，本课题就是针对 这具体实际要求，通过对当前些相关领域的分析和研究，设计出了种基 于单片机的控制系统。 本系统的研究对象就是液体如石油水等的流量，通过对流量的检测，完 成对流量的控制。流量有瞬时流量和累积流量两种单位。瞬时流量指单位时间 内通过管道横截面的流体的数量累积流量指段时间内的总流量。瞬时流量 可以用体积流量质量流量和重量流量三种方法来表示，而前两种表示方法最 为常用。除了上述瞬时流量之外，生产过程中有时还需要测量段时间之内流 体通过的累积总量，称为累积流量，也常被称为总流量。质量总量以表示， 体积流量以表示。流量是重要的过程参数之。流量是衡量设备的效率和经 济性的重要指标流量是生产操作和控制的依据，流量的测量与控制是实现工 业生产过程自动化的项重要任务。 研究目的意义及研究内容 研究内容本课题的主截面的物料数量，即瞬时流量。 流量计的分类 在流体工业中有大量的物料流体需要通过管道来传送，如石油生产企 业中的石油传输和控制污水处理企业中的污水传送和检测化工企业中各种 气体的传输和控制。为了提高产品质量，降低生产成本，控制污气污水的排放 以保护环境，对管道中流体的测量和控制实现自动化就成为生产过程中必不可 少的项任务。 工业上常用的流量计种类很多，如按照其测量原理来分类，大致有四类 差压式流量计，速度式流量计，容积式流量计及其它类型流量计如基于电磁感 应原理的电磁流量计和超声波流量计等。 差压式流量计主要利用管内流体通过节流装臵时，其流量与节流装臵前后 的压差有定的关系，只要设法测出这压差值，就可求得流量之犬小。属于 这类流量计的有标准节流装臵及转子流量计等。节流装臵的发展较早，技术 成熟而较完善，又因为应用广泛，国际和国内都有这方面的标准转子流量计 又名浮子流量计，它是工业上最常用的种流量仪表，它具有压力损失小，可 以用来测量液体或气体的流量，而且适宜在的小管径上测量。但转子流 量计因为其结构上的特点决定了它只能安装在垂直流动的锥形管子上使用，而 流体介质的流向应该是自下而上的。 速度式流量计主要利用管内流体的速度来推动叶轮旋转，叶轮的转速和流 体的瞬时流量成正比，段时间内的转数与该时间段的累积总流量成正比。属 于这类流量计的有叶轮式水表和涡沦流量计等。家用自来水表就是典型的叶轮 式流量计，叶轮式自来水表比较简单价廉，但精确度不高。涡沦流量计的基本 原理是涡轮在流体流动的作用力推动之下不断转动，涡轮转动的角速度，也就 是讯号的频率数，它基本上与流体介质的体积流量值成正比，测量这频率数 就可确定流体的瞬时流量和累积流量值。涡轮流量计具有较高的精度，但由于 它具有轴承部分，所以影响了仪表的使用范围和寿命，同时还必须严格要求流 体纯净。 容积式流量计主要利用流体连续通过定容积之后进行流量累计的原理。 属于这类流量计有椭圆齿轮流量计和腰轮罗茨流量计等。椭圆齿轮流量计 要研究内容是对流量进行检测，主要由流量传 感器采集流量信息，然后经过转换器将连续的模拟信号离散化后传给单片 机，单片机在软件系统的控制下，根据预先的设臵和预期的控制要求，通过步进 电机来精确控制阀门的开度，实现对流量的精确控制。其中，硬件电路的搭接是 本设计的重点，控制系统软件的设计是本课题的核心。硬件电路部分，采用 单片机，外扩存储器，构成单片机控制系统的主体部分。通过 电磁流量传感器，转换器进行输入，通过控制步进电机带动阀门来控制输出。 些其他的功能，如设定值输入，数码管显示则通过扩展接口芯片 来完成相应的功能。系统软件设计部分，分别对拨码盘设定值输入，步进电机 控制，转换控制，数码管显示等程序进行了设计，并且设计了主程序和流量 控制程序。 研究目的及意义由于石油是重要的能源，无论上从节约能源的角度， 还是从经济性角度来看，对于流量的精确控制都是十分必要的，所产生的经济效 益也是十分明显的。在自来水的监测与流量控制中，应用高精度的流量计量与 控制仪表也是必须的，所带来的经济效益是十分巨大且显而易见的。 开展石油化工过程流程模拟先进控制与过程优化技术的研究与应用具有 十分重要的现实意义，是当前国内外石油化工界广泛关注的个话题。自动化 技术可以提高计量准确度数据可靠性和及时性，为优化生产运行核算经济 效益强化生产调度和有效监控生产过程，进步降低泵站工业噪声污染，改 善职工工作条件，减轻劳动强度，避免职业伤害，延长设备使用寿命以及企业 节能降耗工作起到积极作用。 流量计概述 在现代工业生产过程自动化中，流量是重要的过程参数之。流量是衡量 设备的效率和经济性的重要指标流量是生产操作和控制的依据，因为在大多 数工业生产中，常用测量和控制流量来确定物料的配比与耗量，实现生产过程 自动化和最优控制。同时为了进行经济核算，也必须知道如个班组流过的介 质总量。所以，流量的测量与控制是实现工业生产过程自动化的项重要任务。 所谓流量是指单位时间内通过体当作 切割磁力线的导体，由产生的感应电动势测知管道内液体的流速和流量。 由法拉第电磁感应定律，当导体在磁场中运动切割磁力线时，在它的两端 将产生感应电动势，其方向由右手定则确定，大小则与磁感应强度切割磁 力线的有效长度垂直于磁场方向的速度成正比，即 三者之间互相垂直。 电磁流量计中，在段不导磁测量管两侧安装上对电磁铁，产生个均 匀分布的磁场，磁感应强度，则管内以速度流动的导电性液体就相当于切 割磁力线的导体，如果沿管道截面与磁场垂直方向上在外管壁两测安装对电 极，那么流体切割线的长度就是两个电极间的距离，也就是管道内径， 则电极中的感应电动势为 由于体积流量与有如下关系， 则 由此可见，体积流量与成正比，而当磁感应强度为恒定值时，在 测量电极上就可以得到与流量成正比的电动势。 控制算法介绍 将偏差的比例积分和微分通过线性组合构成控制量，用 这控制量对被控对象进行控制，这样的控制器称控制器。 控制器是控制系统中技术比较成熟，而且应用最广泛的种控制器。 它的结构简单，参数容易调整，不定需要系统的确切数学模型，因此在工业 的各个领域中都有应用。 控制器最先出现在模拟控制系统中，传统的模拟控制器是通过硬 件电子元件气动和液压元件来实现它的功能。随着计算机的出现，把它 移植到计算机控制系统中来，将原来的硬件实现的功能用软件来代替，因此称作 数字控制器，所形成的整套算法则称为数字算法。数字控制器 与模拟控制器相比，具有非