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毕业论文 电磁流量计的工作原理和故障处理 黄河水利职业技术学院自动化工程系黄河水院自动化工程系毕业论文摘要本篇论文主要讨论了电磁流量计的传感器和转换器，主要包括电磁流量计电磁流量计传感器和转换器的原理,以即传感器的校验，转换器主要硬件电路的描述，以及电磁流量计常遇到的故障和遇到故障所处理的方法。还有电磁流量计安装环境的分析。电磁流量测量原理是法拉第电磁感应定律，传感器主要组成部分是：测量管、电极、励磁线圈、铁芯与磁轭壳体。转换器主要组成部分是：A/D转换电路 ，RS485通信电路，单片机的处理电路，显示电路处理模块。传感器主要通过电磁感应传递电信号，经过信号线传到转换器，转换器通过对信号的分析经过放大器，把模拟信号转化为数字信号经过显示模块显示出来。传感器衬里主要用橡胶、4F等衬里，电极用316L,钽，HC,HB,等电极，根据不同介质来选用不同的电极和衬里。例如腐蚀性强的一般选用4F衬里，选用钽电极。而自来水厂污水处理厂一般选用316L的电极，他们的主要区别是钽电极的造价比较高，并且要求的测量环境不同。并且根据不同的防护等级来设定所保护传感器不受水侵蚀的原料不同。电磁流量计主要用于测量封闭管道中的导电液体和浆液中的体积流量。酸、碱、盐等强腐蚀性的液体。该产品广泛应用于石油、化工、冶金、纺织、食品、制药、造纸等行业以及环保、市政管理，水利建设等领域。关键词：转换器；单片机；传感器；校验；故障处理 目 录摘要I引言11 电磁流量计传感器31.1 电磁流量计的组成：31.2 电磁流量传感器原理：31.3 液体电导率41.4 液体中含有混入物61.5 附着和沉淀61.6 与流体接触零部件材料的选择71.6.1 衬里材料（或直接与介质接触的测量管）71.6.2 电极和接地环材料71.7 传感器的校验81.8 电磁式流量传感器的优点91.9 电磁式流量传感器的注意事项91.9.1 电磁流量传感器安装注意事项91.9.2 使用电磁流量传感器时应注意以下几点102 电磁流量转换器112.1 单片机80C196KC112.2 转换器中的采集与显示电路的部分设计122.2.1 数据部分的硬件电路设计122.2.2 显示部分的硬件电路设计152.3 液晶模块MSCG12864与MCU的连接图172.4 通信模块设计173 电磁流量计的故障处理193.1 电磁流量计的特点193.2 电磁流量计的应用条件193.3 安装与调试的常见问题193.4 典型故障诊断及处理203.5 调试期故障203.6 运行期故障213.7 输出晃动检查和采取措施213.7.1 故障原因213.7.2 检查程序223.7.3 故障检查和采取措施223.8 电磁式流量传感器的应用254 顶岗实习中遇到的问题、解决方案及实习体会264.1 顶岗实习中遇到的问题及解决方案264.1.1 组装问题264.1.2 转换器保险丝烧断问题264.1.3 传感器的防水问题264.1.4 转换器的调试问题264.1.5 励磁线的正负极辨别问题264.1.6 电磁流量计流速不准问题264.2 顶岗实习体会27结论28参考文献29致谢30黄河水院自动化工程系毕业论文- 29 - 引言我顶岗实习的单位是开封青天伟业流量仪表有限公司，公司位于河南省开封县黄龙工业园区。它是集研制、设计、生产、销售于一体的专业智能化流量仪表企业。公司专业生产电磁水表、插入式电磁流量仪表、潜水型电磁流量计、高压型电磁流量计、卫生型电磁流量计、电磁热量表等流量仪表。公司座落在中国最大的流量仪表生产基地七朝古都-开封，公司依托于开封在流量仪表行业的技术和人才优势，积极投入不断创新，从而得到业界同行和使用客户的广泛认可。开封青天伟业的企业目标是做一流的产品，一流的团队，一流的企业；它的企业宗旨是诚信经营，品质第一，以最好的产品赢得客户；公司的人才理念是以人为本，德才兼备，才责相适，共同发展；企业的经营理念是创新进取，分享品牌；企业的质量方针是以质立业，以精取胜。它通过有效激励的考评制度，对工作表现卓越的员工给予表彰、奖励和提供长远事业发展的机会，达至携手并肩、追求卓越、共享成果的目的。公司不断引进和培养人才，提供业务、技能及管理的职业综合发展空间，具有系统完备的内训和外培项目，为每一位员工的发展和成长提供机会和环境，从而建立一支卓有成效、充满生气和持续稳定的员工队伍。公司的人才理念是以人为本，即用精彩的事业吸引人，用真挚的情感留住人，用艰巨的工作锻炼人，用有效的学习培养人，用合力的制度激励人。不断地吸纳优秀的人才。青天伟业秉承着这个策略从一个私人小作坊发展成为今天拥有员工70人，其中中高级工程师及技术人员30余人。公司拥有一流的生产设备，检测仪器及完善的配套设施，建立了省、市认可的由微机控制的具有先进水平的气体（DN15-DN300）、液体（DN15-DN800）流量标准装置，成为一个注册资金为3000万的私人企业公司已通过ISO9001：2000质量体系认证。严格控制每道程序，按照国际标准执行。 在公司我主要是负责传感器的装配工作，从传感器的制作到电磁流量计的组装，并进行一些电磁流量计的质检。从中我了解到了电磁流量计的整个操作流程，通过查资料我也对它的转换器的构造有一定的了解，通过学习我发现电磁流量计无论是在生活中，还是在工程医学科学实验等部门都与检测有密切关系。而进行检测我们就必须运用仪表，生产过程的自动化是现代工业的一个重要标志，而检测技术正是自动化的重要的一部分。流量是工农业、生活过程中重要的测量参数之一。流量和人们的日常生活密切相关，不管是水，还是其它工业液体有时都需要知道它的流量，以帮助我们更好控制它们，因此作为测量的流量计应用十分广泛。其应用遍及给水、石油、化工、食品、医疗、环保、航空、航天、农业灌溉等多个部门。在工业生产中，如果我们能知道液体的瞬时流量，就可以指导生产，同时也是规范操作的需要和进行经济核算的依据。流量与温度、压力等同于热工测量量，但是流量比他们更难测量，因为流量易受外界因素的影响，比如液体的形状，温度，流体的压力等。现在市场上检测流量的方法也有很多，电磁流量计就是其中一种，电磁流量计进行流体检测已有很长的历史，现在以成为一种技术成熟而且应用广泛的检测方法。1 电磁流量计传感器1.1 电磁流量计的组成：电磁流量计由电磁流量传感器和转化器组成，并连接显示、记录、计算、RS485或RS232终端通信等。电磁流量计框图如框图1所示：电磁流量转换器显示记录流量记录调节电磁流量传感器通讯 框图11.2 电磁流量传感器原理：电磁流量传感器是利用法拉第电磁感应定律的原理制造的。它能够把流速这个物理量线性地变换成感应电动势另一个物理量。我们把在管道内流动的导电液体流动看成导体的运动。当管道置于磁场内，在与磁场方向、管道的中心轴、管道的直径三者相互垂直的管道位置，装两个与液体相接触的电极，那么，管道的直径可以看成导体的长度，液体相对于电极流动，这样就可以看成导体在磁场内做切割磁力线运动。显然，这时候两电极能够感应出电动势来。感应电动势大小遵循式（1-1）。如果能够测量出两电极间的电动势，也就是电压，那么当磁感应强度B一定时，测量的感应电动势与管道内的平均流速成正比。由式(12)，流过管道一定断面的体积流量等于该断面的面积与流速的乘积。对于圆形测量管，流过的体积流量为E = B (1-1)= (1-2) 以（1-1）式代入（1-2）式，得E= (1-3)或 = (1-4)式(13)表示，感应电动势的大小与电极距离，也就是与传感器测量管内径D成反比，与磁感应强度B成正比。当测量管内径和磁场的磁感应强度B一定时，感应电动势与流量成正比。式(14)说明管道内径D一定，但磁感应强度B变动时，流量与感应电动势E;和磁感应强度B的比值成正比。从这两个公式可以看到，电磁流量计的流量测量与其他物理参数的变化无关，这就是电磁流量计的最大优点。公式只是粗略地说明电磁流量计的工作原理。其实它必须是在一定的条件下才能成立的。这是因为，它假定：(1)磁场在无限大范围内，磁感应强度B是均匀分布；(2)流体的速度如同固体导体一样，其内部质点的速度处处卡等，与平均流速相同。实际的情况是磁场只能在有限范围内磁感应强度R相对均匀分布。而且对于空间中质点，磁场中的磁感应强度是有方向性的矢量；导电流体内部质点的速度分布并非处处相等，质点运动的速度也是矢量。这样看来，导电流体在磁场内流动产生感应电动势远比一般导体在磁场内作切割磁力线运动，导体两端产生电动势的情况要复杂的多。因此，我们必须从微观上去认识电磁流量计是如何工作的。问题的解决必须通过微分方程的建立于解析，得出电磁流量计的工作前提条件，这就是研究电磁流量计理论问题的必要性。1.3 液体电导率使用电磁流量计的前提是被测液体必须是导电的，不能低于阈值（即下限值）。电导率低于阈值会产生测量误差直至不能使用，超过阈值即使变化也可以测量，示值误差变化不大，通用型电磁流量计的阈值在10-4（510-6）S/cm之间，视型号而异。使用时还取决于传感器和转换器间流量信号线长度及其分布电容，制造厂使用说明书中通常规定电导率相对应的信号线长度。非接触电容耦合大面积电极的仪表则可测电导率低至510-8S/cm的液体。工业用水及其水溶液的电导率大于10-4S/cm，酸、碱、盐液的电导率在10-410-1S/cm之间，使用不存在问题，低度蒸馏水为10-5S/cm也不存在问题。石油制品和有机溶剂电导率过低就不能使用。表1列出若干液体的电导率。从资料上查到有些纯液或水溶液电导率较低，认为不能使用，然而实际工作中会遇到因含有杂质而能使用的实例，这类杂质对增加电导率有利。对于水溶液，资料中的电导率是用纯水配比在实验室测得的，实际使用的水溶液可能用工业用水配比，电导率将比查得的要高，也有利于流量测量。表1 若干液体在20时的电导率液体名称 电导率石油 （35）10-13丙酮 （26）10-8纯水，高度蒸馏水410-8苯 7.610-8液氨 1.310-7甲醇 （4.47.2）10-7饮用水 10-4海水 410-2硫酸（5%99.4%）（2.110-1）（8.510-3）氨水（4%30%） （110-3）（210-4）氢氧化钠（4%50%）（1.610-1）（810-2）食盐水（2.5%） 210-1 液体名称 电导率液体名称 电导率液体名称 电导率石油 （35）10-13丙酮 （26）10-8纯水，高度蒸馏水410-8苯 7.610-8液氨 1.310-7甲醇 （4.47.2）10-7饮用水 10-4海水 410-2硫酸（5%99.4%）（2.110-1）（8.510-3）氨水（4%30%） （110-3）（210-4）氢氧化钠（4%50%）（1.610-1）（810-2）食盐水（2.5%） 210-1根据使用经验，实际应用的液体电导率最好要比仪表制造厂规定的阈值至少大一个数量级。因为制造厂仪表规范规定的下限值是在各种使用条件较好状态下可测量的最低值。是受到一些使用条件限制，如电导率均匀性、连接信号线、外界噪声等，否则会出现输出晃动现象等。我们公司就多次遇到测量低度蒸馏水或去离子水，其电导率接近阈值510-6S/cm，使用时出现输出晃动。1.4 液体中含有混入物混入成泡状流的微小气泡仍可正常工作，但测得的是含气泡体积的混合体积流量；如气体含量增加到形成弹（块）状流，因电极可能被气体盖住使电路瞬时断开，出现输出晃动甚至不能正常工作。含有非铁磁性颗粒或纤维的固液双相流体同样可测得二相的体积流量。固体含量较高的流体，如钻井泥浆、钻探固井水泥浆、纸浆等实际上已属非牛顿流体。由于固体在载体液中一起流动，两者之间有滑动，速度上有差别，单相液体校验的仪表用于固液双相流体会产生附加误差。虽然还未见到电磁流量计应用于固液双相流体中固形物影响的系统实验报告，但国外有报告称固形物含量有14%时误差在3%范围以内；我国黄河水利委员会水利科学研究所的实验报告称，测量高沙含量水的流量，含沙量体积比17%40%（沙中值粒径0.35mm），仪表测量误差小于3%。在浆液内有较大颗粒擦过电极表面，在频率较低的矩形激磁的电磁流量计中会产生尖峰状浆液噪声，使流量信号不稳，就要选用较高频率的仪表或有较强抑制浆液噪声能力的仪表，也可选用市电交流激磁的仪表或双频激磁的仪表。含有铁磁性物质的流体对通常的电磁流量计，因测量管内磁导率受铁磁体的不同含量而变化，会产生测量误差。但在磁路中置有磁通检测线圈补偿的电磁流量计，可减小混入铁磁体的影响。上海光华仪表厂在交流激磁仪表的实验报告中称，水中含有液固重量比约4：1，颗粒度0.15mm铁精矿石的矿浆，以80mm口径仪表作清水和浆液对比流量试验，通常的仪表示值变化7%10%，装有磁通检测线圈的仪表，示值误差在2%FS以内。对含有矿石颗粒的矿浆应用，应注意对传感器衬里的磨损程度，测量管内径扩大会产生附加误差。这种场合应选用耐磨性较好的陶瓷衬里或聚氨酯橡胶衬里，同时建议传感器安装在垂直管道上，使管道磨损均匀，消除水平安装下半部局部磨损严重的缺点。也可以在传感器进口端加装喷嘴形护套，相对延长使用期限。1.5 附着和沉淀测量易在管壁附着和沉淀物质的流体时，若附着的是比液体电导率高的导电物质，信号电势将被短路而不能工作，若是非导电层则首先应注意电极的污染，譬如选用不易附着尖形或半球形突出电极、可更换式电极、刮刀式清垢电极等。刮刀式电极可在传感器外定期手动刮出沉垢。国外产品曾有电极上装超声波换能器，以清除表面垢层，但现已少见。也有暂时断开测量电路，在电极简短时间内流过低压大电流，焚烧清除附着油脂类附着层。易产生附着的场所可提高流速以达到自清扫的目的，还可以采取较方便的易清洗的管道连接，可不拆卸清洗传感器。 非接触型电极电磁流量计附着非导电膜层，仪表仍能工作，但若为高导电层则同样不能工作。1.6 与流体接触零部件材料的选择与流体接触的传感器零部件有衬里（或绝缘材料制成的测量管）、电极、接地环和密封垫片，其材料的耐腐蚀性、耐磨耗性和使用温度上限等影响仪表对流体的适应性。由于零部件少，形状简单，材料选择灵活，电磁流量传感器对流体的适应性强。1.6.1 衬里材料（或直接与介质接触的测量管）常用衬里材料有氟塑料、聚氨酯橡胶、氯丁橡胶和陶瓷等。近年有采用高纯氧化铝999.7%AI2O3）陶瓷制成衬里的，但只限中小口径传感器。氯丁橡胶和玻璃钢用于非腐蚀性或弱腐蚀性液体，如工业用水、废污水及弱酸碱，价格最为低廉。氟塑料具有优良的耐化学腐蚀性，但耐磨性差，不能用于测量矿浆液。氟塑料中最早应用的是聚四氟乙烯，因与测量管间仅靠压贴，无粘结力，不能用于负压管道，后开发各种改性品种，实现注塑成形，与测量管有较强结合力，可用于负压， 聚氨酯橡胶有极好的耐磨耗性，但耐酸碱的腐蚀性较差。它的耐磨性相当于天然橡胶的10倍，适用于煤浆、矿浆等；介质温度要低于4060/70。氧化铝陶瓷有极好的耐磨耗性和对强酸碱的耐磨腐蚀性，耐磨性约为聚氨酯橡胶的10倍，适用于具有腐蚀性的矿浆；但性脆，安装夹紧时疏忽易碎，可用于较高温度（120140/180）但要防止温度剧变，如通蒸汽灭菌，一般温度突变不能大于100，升温150 要有10min时间。1.6.2 电极和接地环材料电极对测量介质的耐腐是选择材料首先考虑的因素，其次考虑是否会产生钝化等表面效应和所形成的噪声。（1）选择耐腐蚀材料 EMF电极的耐腐蚀性要求很高，常用金属材料有含钼耐酸钢Icr18Ni12Mo2Ti，哈氏合金（耐蚀镍基合金）B、C、钛、钽、铂铱合金，几乎可覆盖全部化学液。此外还有适用于浆液等的低噪声电极，它们是导电橡胶电极、导电氟塑料电极和多孔性陶瓷电极，或包覆这些材料的金属电极。在原则上电极材料的选择应从使用者借鉴该介质在其他设备的应用实际和以往的经验来确定。有时后要做必要的实验，如现场取液体样品在实验室做待用材料的腐蚀性试验。最好的实验是现场挂片，这是最接近实际应用条件的腐蚀性试验，可以得出比较可靠能否适用的结论。（2）避免电极表面效应 电极的耐腐蚀性是选择材料的重要因素，但有时候电极材料对被测介质有很好的耐腐蚀性，却不一定就是适用的材料，还要避免产生电极表面效应。电极表面效应分为表面化学反应、电化学和极化现象以及电极的触媒作用三个方面。化学反应效应如电极表面与被测介质接触后，形成钝化膜或氧化层。他们对耐腐蚀性能可能起到积极保护作用，但也有可能增加表面接触电阻。例如钽与水接触就会被氧化，生成绝缘层。对于避免或减轻电极表面效应的介质电极材料匹配，还没有像腐蚀性那样有充足的资料可查，只有一些有限经验，尚待在实践中积累。接地环连接在塑料管道或衬绝缘衬里金属管道的流量传感器两端，他们的耐腐蚀要求比电极低，充分有一定腐蚀，定期更换。通常选用耐酸钢或哈氏合金。因体积大从经济上考虑较少采用钽铂等贵重金属。如金属工艺管道直接与流体接触就不需要接地环。1.7 传感器的校验我们公司的电磁流量计，其转换器主要为SC100AS和T900两种型号，精度为0.5级，主要用在糖化水量控制及麦汁流量计量。为了保证流量计的计量精度以及ISO9001质量管理体系的要求，我们每年对其进行一次周期校验。如果每台每年都送到厂家去校验，不仅拆卸运输麻烦、运输及检测费用高、检验周期长，而且必定影响生产。于是公司购进厂家生产的传感器模拟信号发生器GS8（图1），进行自行校验。 下面我把用GS8对电磁流量计的校验方法介绍一下：a、切断转换器电源； b、打开其接线盒的盖子； c、拆下接线端子1、2、3、7、8； d、把GS8的信号线（有线号）按相同线号对应接入转换器的端子（如图2）； e、接通GS8和转换器的电源（预热15分钟）； f、把开关D（GS8面板）设定在“0”位置；g、旋电位器P（GS8面板）调零，使流量计转换器瞬时流量为零； h、按下面公式确定X值： X=Q满KF/（GKDN2）； 其中：Q满=流量计满量程的值（T900铭牌上给出；SC100AC菜单中有，并可以改变）： GK为传感器常数（见传感器铭牌）；F=（GK值不含L）或=2（GK值含L）；DN为传感器直径（单位为mm）；t为单位时间（单位为小时）；V为单位体积（单位为L）；K为常数7.074*请注意参数单位的统一；i、用GS8面板的表格来确定Y值（此值与X最接近，且YX）；j、计算“Y”点处流量值：O=YQ满/X；k、记录设定点的瞬时流量（SC100AC可显示瞬时流量）测量值和计算值的误差：（误差值0.5%为正常；0.5%，请检修流量计后再重新检定）； l、记录设定点累计流量（T900不能显示瞬时流量）和计算的累计流量值（秒表记时）：（误差值0.5%为正常；0.5%，请检修流量计后再重新检定）；m、线性检定：将Y值调小，Q读数将会和Y值成比例减小；n、校验结束，重新接好流量计的信号线； o、仪表检验合格，填写仪表检定记录，出具检定合格证；修理后检定仍然超差，将对此仪表进行降级使用或报废，并出具相关证明。1.8 电磁式流量传感器的优点(1).没有机械可动部分。(2).由于电极的距离正好为导管的内径，因此没有妨碍流体流动的障碍，压力损失极小。(3).能够得到与容积流量成正比的输出信号。(4).测量结果不受流体粘度的影响。(5).由于电动势是在包含电极的导管的断面处作为平均流速测得的，因此受流速分布影响较小。(6).测量范围宽，可以从0.005190000m3/h。(7).测量精度高，可达0.5%。1.9 电磁式流量传感器的注意事项1.9.1 电磁流量传感器安装注意事项安装要求：为了你正确的测量，在选择管道上位置时应注意以下几点要求： 传感器既可在直管道上安装，也可以在水平或倾斜管道上安装，但要求二电极的中心连线处于水平状态。 介质在安装位置应该满管流动，避免比满管及气体附着在电极上。 对于液固两相流体，最好采用垂直安装，使被传感器衬里磨损均匀，延长使用寿命。 流量计安装位置介质不满管时，可采取抬高流量半后端管路的方法，使其满管，严禁在管道最高点和出水口安装流量计。(5) 尽量避开铁磁性物体及具有强电磁场的设备(大电机，大变压器等)，以免磁场影响传感器的工作磁场和流量信号。(6)流量计周围应有充裕的空间，便于安装和维护。(7)尽量避开铁磁性物体及具有强电磁场的设备（如大电机、大变压器的等），以免磁场影响传感器的工作磁场和流量信号。 (8)应尽量安装在干燥通风之处，不宜在潮湿、易积水的地方安装。 (9)应尽量避免日晒雨淋，避免环境温度高于60及相对湿度大于95%。 (10)选择便于维修，活动方便的地方。 (11)流量计应安装在水泵后端，决不能在抽吸侧安装；阀门应安装在流量下游侧。 1.9.2 使用电磁流量传感器时应注意以下几点(1).由于管道是绝缘体，电流在流体中流动很容易受杂波的干扰，因此必须在安装流量传感器管道的两端设置接地环，使流体接地。(2).虽然流速对精度影响不大，为消除这种影响，应保证上流道有足够的直线长度。(3).使用电磁流量计时，必须使管道内充满液体。最好是把管道垂直设置，让被测液体从上至下流动。(4).测定电导率较小的液体时，由于两电极间的内部阻抗比较高，所以信号放大器要有100M的输入阻抗。为保证传感器正常的工作，液体的电导率必须保证在5s/cm以上。2 电磁流量转换器电磁流量转换器运用可编程频率低频矩形波励磁，提高了流量测量的稳定性，功率损耗低； 采用16位嵌入式处理器，运算速度快； 全数字量处理，抗干扰能力强，测量可靠，精度高，流量测量范围度可达1500:1； 超低EMI开关电源，适用电源电压变化范围大。抗EMC性能好； 全汉字菜单操作，使用方便，操作简单，易学易懂； 电磁流量转换器具有高清晰度背光LCD显示； 具有双向流量测量功能，能显示正向流量、反向流量，并具备双向电流，频率输出，便于不同流向信号的分别记录、保存； 内部具有三个积算器可分别显示正向累计量、反向累计差值积算量； 具有电导频测量功能可以判别传感器是否空管； 恒流励磁电流范围大，可与不同公司、不同类型的电磁流量传感器配套使用； 具有自检与自诊断功能； 用单块电路板完成所有功能设计，采用SMD器件和表面安装(SMT)技术，电路可靠性高； 具有分体型一体型结构，转换器的框图如框图2所示液晶显示预防大放大器放大带通滤波器A/D变换MCU信号输出 Vi键盘输入485总线接口电源电路励磁电路框图2可以看出电磁流量计转换器包括数字和模拟两大电路部分，模拟部分包括预防大、仪用放大器、放大带通滤波器等，其主要作用是把通过电磁感应产生的微弱的流量号进行放大，将差动的双端流量信号变换成单端的流量信号。即完成流量信号的检测并将有小信号放大，数字电路包括A/D转换、MCU处理，液晶显示、信号输出、键盘输入以及励磁电路等，其主要作用是把传感器微弱的电信号处理经放大，把数据传送到液晶显示屏上，显示出来，通过RS232或RS485进行电脑终端通信，实现远程控制。2.1 单片机80C196KC80C196KC采用16位的CPU。该CPU的最大特点是没有采用习惯的累加器结构，而是改用高应能的寄存器寄存器结构，CPU操作直接面向内存中的所有数据存储器，消除了某些单片机只用累加器做运算上网瓶颈效应，是运算速度和兔兔能力大大提高。总线宽度可以控制8位或16位。16位CPU支持位、字节和字的操作，在部分指令中还支持32位双字操作，80C196KC的内部EPROM/ROM有16KB，内部RAM为488字节，具有五个8位标准输入/输出口，8个中断源，对应20种中断事件，80C196KC的总线可以动态的配置成8位的或16位的。我们这里单片机外部总线配成最小方式的16位地址/8为数据总线，即P3口用作分时切换的地址/数据总线，P4只作高8位地址线，在整个8位总线周期内，上的地址一直是有效的。80C196KC它属于MCS98系列单片机的HSIO系列，它的性能比INTEL公司生产的80C196系列单片机的第二代产品性能要提高，它的A/D转换器有8位和10位和两种工作方式，不仅如此，它通过微代码处理中断事件，这样可以大大减少响应中断服务的开销。正因为80CK196单片机的良好性能，使得它在汽车电子控制系统及智能化仪表仪器中有了广泛地80CK196的引脚图。2.2 转换器中的采集与显示电路的部分设计2.2.1 数据部分的硬件电路设计在转换器的硬件电路设计中A/D起到十分重要的作用，完成将检测出来的流量信号线性转换为数字信号的功能。8位或10位的A/D转换器在分辨率和转换精度方面达不到流量计测量精度要求，而16位的A/D转换器，又往往价格太高。就一般来说,12位的A/D转换器，其性能已基本满足要求，价格也比较合适，因而在仪表中得到了广泛地应用。设计采用Burr-Brown Corporation公司的模数转换芯片ADS7806，通过单片机80196KC对转换后的数据进行采集与处理。ADS7806芯片采用的是一种新型的12位低功耗模数采样转换器，它采用最新的CMOS结构，可以在25us内就完成数据的读取和转换，而它的最大功耗仅为35MW。在输入1khz的信号时，其最小信噪比可以达到72bd，标准的10v，05V，和04V电压量程输入方式。AD7806的引脚图如图2.1所示：AD7806的引脚功能表如表3.1所示。 图2.1AD7806引脚说明：引脚名称输入输出引脚功能描述1RIIN模拟量输入端2AGND1模拟地3R2IN模拟量输入端4CAP参考缓冲输出5REF参考输入/输出6AGND2模拟地7SB/BTC输入进制选择8EXT/INT输入外部/内部数据始终选择9D7输出数据输出端10D6输出数据输出端11D5输出数据输出端12D4输出数据输出端13D3输出数据输出端14DGND数字地15D2数据输出端16D1数据输出端17D0数据输出端18DATACLK当EXT/INT为低电平时，数据输出端。当EXT/INT为高电平时，数据时钟输出19SDATA数据20TAG外部时钟的串行输入21BYTE输入BYTE引脚为低电平时，低四位数据并行输出。BYTE引脚为高电平时，高八位数据并行输出。22R/C输入如果CS为低电平并且BUSY为低电平，R/C引脚上的一个下降沿将启动一个新的转换。如果CS引脚为高电平，R/C引脚的一个上升沿将会转换数据并行输出。23CS输入R/C为高电平，CS引脚上的一个下降沿将启动转换24BUSY输出当BUSY引脚为低电平时，处于转换阶段。当BUSY引脚为高电平时，说明转换完成25PWRD输入为高电平时，关闭所有除参考外模拟电路26REFD输入为低电平时，关闭内部参考27模拟电压28数字电压MCU80C19KC与ADS7806连接关系图由图2.2所示。ADS7806除于单片机连接的引脚、CS引脚BUSY引脚、和IN因郊外，其他引脚均属于固定接法。这里不再介绍，这里主要介绍上述与单片机连接的特殊引脚。ADS7806的CS引脚，这是ADS7806的片选引脚，此引脚高电平有效，即片子的使能信号输入端。R/C引脚为启动引脚，当R/C为低电平时，C/S引脚的一个下降沿将会启动ADS7806采样保持并且开始转换。通过ADS7806的BUSY引脚来判断ADS7806转换是否完成，在转换过程中，BUSY为高电平，当转换完成时为高电平。该引脚与MCU的中断引脚INTR相连，当变为高电平时便产生一个中断，进入数据采集阶段。图中ADS7806引脚与MCU的数据口P3相连，用于数据传输。图2.22.2.2 显示部分的硬件电路设计显示部分采用128X64的图形液晶显示模块MSCG12864DYSY1W来显示流量数据信息。此模块是将液晶显示器、驱动控制电路、温度补偿、驱动电源背光辅助电路结合在一起的一种相对独立的显示器件设备。通常液晶显示器件本身引线众多，而且要将这些因限于驱动、控制等电路连接才能用于显示信息。因此生产厂家在制造液晶显示期间的同时，也将与之对应的驱动控制等电路做成PCB板，然后用压框和导带或导电橡胶将液晶显示器件固定在PCB板上，从而形成液晶显示模块。液晶显示模块MSCG12864DYSY引脚表如表所示。液晶引脚表：20191817161514131211SLKSLAVOUTRSTBCS2CS1DB7DB6DB5DB410987654321DB3DB2DB1DB0ER/WRSVOVDDVSS液晶引脚功能表引脚符号电平引脚功能描述1VSS0V接地2VDD5.0V供电电压3VOLCD输出电压4RSH/L高电平：数据信号 低电平:指令信号5R/WH/L高电平：读模式 低电压：写模式6EH.H-L使能端7DB0H/L数据0位8DB1H/L数据1位9DB2H/L数据2位10DB3H/L数据3位11DB4H/L数据4位12DB5H/L数据5位13DB6H/L数据6位14DB7H/L数据7位15CS1HKS0108B(1)片选信号16CS2HKS0108B(2)片选信号17RSTBL重置18VOUT-5VLCD输出电压19SLA4.2V阴极20SLK0V阴极 2.3 液晶模块MSCG12864与MCU的连接图液晶模MSCG12864与MCU的连接关系如图2.3所示。其中液晶模块MSCG12864共有20个引脚，其中引脚1、2、3、19、20引脚为固定接法，参看液晶MSC12864使用说明，我们采用直接控制方式，即将液晶显示模块的借口作为存储器或I/O设备直接挂在系统总线上微处理器以控制存储器或I/O设备的方式控制液晶显示模块。MCU通过高位地址P4.3控制CS2，P4.2控制CS1，以选通液晶显示屏上各区的KS01C08B控制器；同时通过P4.1作为R/W信号控制数据总线（MD0MD7）的信号流向；LCD的片选信号CS_LCD由地址总线通过译码产生，译码电路在CPLD内实现；电位器R5用于显示对比度的调节。图2.32.4 通信模块设计单片机和现代数字通讯技术的发展，使得转换器的信息传播能力大大加强，信息传输形式大大丰富。智能化转换器通过单片机或附加集成通讯芯片可以构成双向的串行通讯系统，其中RS232和RS485标准总线应用最为广泛，技术也最为成熟。其接口电路如图2.4所示：图2.4我们选用RS485标准总线来实现仪表和外部系统的通信，我们选用MAX485作为系统的通信接口芯片。MAX485是MAXIM公司推出的支持协议的低功耗收发器，其数据传输速率可达2.5Mbps。它内部有一个输入接收器和一个输出驱动器，具有输入接收器和输出驱动器使能管脚。当不使能时，输入接收器和输出驱动器处于高阻态。输入接收器和输出驱动器可抗的静电冲击。驱动器具有短路电流限制，并且可以由温控切换电路将输出置为高阻态，以防止过大的功率损耗对器件造成损害。输入接收器具有故障自动保护功能，以确保在输入开路时驱动器也能输出高电平信号。基于以上特点,MAX485芯片非常适用于符合RS485标准总线的通信。3 电磁流量计的故障处理3.1 电磁流量计的特点 （1）流量计测量管是一段无阻流检测件的光滑直管，无活动及阻流部件，不易阻塞，无压力损失。对于大口径管道来说节能效果显著，可测量含有固体颗粒或纤维的液固二相流体。（2）输出与流量呈线性关系，测量范围宽，测量管径为（2.5¯3000）mm。（3）安装要求低，上游直管段长度为5D，下游直管段长度为2D（D为流量计两板的间距）。（4）测量准确度可高达0.5%。 3.2 电磁流量计的应用条件（1）被测介质温度一般不超过120，压力不超过1.6MPa，流速不得低于0.3m/s。（2）被测介质必须是导电性的液体，最低电导率5s/cm，被测介质中不能含有较多铁磁性物质及气泡，不能用于气体、蒸汽、石油制品等非导电性液体测量。3.3 安装与调试的常见问题(1) 最好垂直安装，使介质自下而上流经仪表。如不能垂直安装，水平安装也可，但要保证两电极在同一水平面上。当被测介质中固体颗粒多时，应垂直安装使衬里不受磨损（水平安装会造成局部磨损）。(2) 流量计安装位置应避免强烈震动，应避免强干扰源，要远离一切磁源（如大功率电机、变压器等）。(3)流量计安装时接地非常重要。因仪表信号较弱，外界略有干扰就会影响测量准确度。因此，变送器外壳、屏蔽线、测量管及变送器两端管道都要接地，并设置单独接地点。(4) 流量计水平安装时，上游侧应有大于5D的直管段，当有阀门、扩大管时应加长到10D，上游的截止阀应全部打开。下游直管段应有大于3D的直管段，调节应安装在流量计的下游侧。为防止流体扰动，扩大管的圆锥角应小于15(5) 流量计安装时，前后直管段如有缩管将影响仪表的测量准确度。(6)流量计安装使用时，不能在负压的情况下使用。因为变送器的衬里容易剥落，所以流量计只能在正压的工艺管线上安装使用。(7) 流量计安装完毕初次使用时，设置管径非常重要，一定要将管内径设置准确。3.4 典型故障诊断及处理( 1)无流量输出。检查电源部分是否存在故障，测试电源电压是否正常；测试保险丝通断；检查传感器箭头是否与流体流向一致，如不一致调换传感器安装方向；检查传感器是否充满流体，如没有充满流体，更换管道或垂直安装(2)信号越来越小或突然下降。测试两电极间绝缘是否破坏或被短路，两电极间电阻值正常在（70100）之间；测量管内壁可能沉积污垢，应清洗和擦拭电极，切勿划伤内衬。 测量管衬里是否破坏，如破坏应予以更换。(3)零点不稳定，检查介质是否充满测量管及介质中是否存在气泡，如有气泡可在上游加装消气器，如水平安装可改成垂直安装；检查仪表接地是否完好，如不好，应进行三级接地（接地电阻100）；检查介质电导率应不小于5s/cm；检查介质是否淤积于测量管中，清除时注意不要将内衬划伤。(4) 流量指示值与实际值不符。检查传感器中的流体是否充满管，有无气泡，如有气泡可在上游加装消气器；检查各接地情况是否良好；检查流量计上游是否有阀，如有，移至下游或使之全开；检查转换器量程设定是否正确，如不对，重新设定正确量程。(5) 示值在某一区间波动。检查环境条件是否发生变化，如出现新干扰源及其他影响仪表正常工作的磁源或震动等，应及时清除干扰或将流量计移位；检查测试信号电缆，用绝缘胶带进行端部处理，使导线、内屏蔽层、外屏蔽层、壳体之间不相互接触。电磁流量计常见故障，有的是由于选用不当、安装不妥、环境条件、流体特性等因素造成的故障，有的是由于仪表本身元器件损坏引起的故障，如显示波动、精度下降甚至仪表损坏等。它一般可以分为两种类型：安装调试时出现的故障和正常运行时出现的故障。 3.5 调试期故障调试期待故障一般出现在仪表安装调试阶段，一经排除，在以后相同条件下一般不会再出现。常见的调试期故障一般由安装不妥、环境干扰以及流体特性影响等原因引起。(1）流体方面 被测液体中含有均匀分布的微小气泡通常不影响电磁流量计的正常工作，但随着气泡的增大，仪表输出信号会出现波动，若气泡大到足以遮盖整个电极表面时，随涡街流量计着气泡流过电极会使电极回路瞬间断路而使输出信号出现更大的波动。(2）环境方面 通常主要是管道杂散电流干扰，空间强电磁波干扰，大型电机磁场干扰等。管道杂散电流干扰通常取良好的单独接地保护就可获得满意结果，涡轮流量计但如遇到强大的杂散电流（如电解车间管道，有时在两电极上感应的交流电势峰值Vpp可高达1V），尚需采取另外措施和流量传感器与管道绝缘等。空间电磁波干扰一般经信号电缆引入，通常采用单层或多层屏蔽予以保护。(3）安装方面 通常是电磁流量计传感器安装位置不正确引起的故障，常见的如将传感器安装在易积聚气体的管系最高点；或安装在自上而下的垂直管上，可能出现排空；或传感器后无背压，流体直接排入大气而形成测量管内非满管。低频方波励磁的电磁流量计测量固体含量过多浆液时，也将产生浆液噪声，使输出信号产生波动。测量混合介质时，如果在混合未均匀前就进入流量传感进行测量，也将使输出信号产生波动。电极材料与被测介质选配不当，也将由于化学作用或极化现象而影响正常测量。应根据仪表选用或有关手册正确选配电极材料。3.6 运行期故障运行期故障是电磁流量计经调试并正常运行一段时期后出现的故障，常见的运行期故障一般由流量传感器内壁附着层、雷电打击以及环境条件变化等因素引起。 (1）环境条件变化 在调试期间由于环境条件尚好（例如没有干扰源），流量计工作正常，此时往往容易疏忽安装条件（例如接地并不怎么良好）。在这种情况下，一旦环境条件变化，运行期间出现新的干扰源（如在流量计附近管道上进行电焊，附近安装上大型变压器等），就会干扰仪表的正常工作，流量计的输出输出信号就会出现波动。(2）雷电打击 雷击容易在仪表线路中感应出高电压和浪涌电流，使仪表损坏。它主要通过电源线或励磁线圈或传感器与转换器之间的流量信号线等途径引入，尤其是从控制室电源线引入占绝大部分。(3）传感器内壁附着层 由于电磁流量计常用来测量脏污流体，运行一段时间后，常会在传感器内壁积聚附着层而产生故障。这些故障往往是由于附着层的电导率太大或太小造成的。蒸汽流量计若附着物为绝缘层，则电极回路将出现断路，仪表不能正常工作；若附着层电导率显著高于流体电导率，则电极回路将出现短路，仪表也不能正常工作。所以，应及时清除电磁流量计测量管内的附着结垢层。3.7 输出晃动检查和采取措施 3.7.1 故障原因 输出晃动大体上可归纳为5方面故障原因，它们是： （1）流动本身是波动或脉动的，实质上不是电磁流量计的故障，仅如实反映流动状况； （2）管道末充满液体或液体中含有气泡； （3）外界杂散电流等电、磁干扰； （4）液体物性方面（如液体电导率不均匀或含有较多变颗粒纤维的浆液等）的原因； （5）电极材料与液体匹配不妥。 3.7.2 检查程序 我们检查电磁流量计时应按流程检查。先按流程图全面考急作初步调查和判断，然后再逐项细致检查和试排除故障。流程所列检查顺序的先后原则是：可经观察或询问了解无须作较大操作的在前，即先易后难；按过去现场检修经验，出现频度较高而今后可以出现概率较高者在前；检查本身的先后要求。若经初步调查确认足后几项故障原因，亦可提前作细致检查。 3.7.3 故障检查和采取措施 本小节分别讨论上述5个方面故障原因的检查方法和采取措施。 (1)流动本身的波动（或脉动） 检查流程图第1项。若流动本身波动，仪表输出晃动则是如实反映波动状况。检查方法可在使用现场向操作人员和流程工艺人员询问或巡视有否波动源。管系流动波动（或脉动）的原因通常有3个方面：（1）电磁流量计上游的流动动力源采用了往复泵或膜片泵（经常用于精细化工、食品、医药和给水净化等加注药液），这些泵的脉动频率通常在每分钟几次到百余次之间；（2）仪表下游的控制阀流动特性和尺寸选用不妥，从而产生猎振（hunting），这可观察控制阀阀杆是否有振荡性移动；（3）其他扰动源使流动波动，例如：电磁流量计上游管道中有否阻流件（如全开蝶阀）产生旋涡（如象涡街流量计旋涡发生体产生的涡列，传感器进口端垫圈伸人流通通道，垫圈条片状碎块悬在液流中摆动等等）。 在有脉动流动源的管线上，要减缓其对流量仪表测量的影响，通常采取流量传感器远离脉动源，利用管流流阻衰减脉动；或在管线适当位置装上称作被动式滤波器的气室缓冲器，吸收脉动。 (2)管道未充满液体或液体中含有气泡 检查流程图第2项，本类故障主要是管网工程设计不良使传感器的测量管未充满液体或传感器安装不妥所致。应采取措施避免安装如图3所示a,e位置和以虚线管排放时b位置，改