高精度自动含气量测量装置设计
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中 图 分 类 号 ：ＴＨ８ ４： ３ ８ １ １ ＴＰ ６ ． 文 献标 识码 ：Ａ
０ 引 言
析， 最终将 分 析好 的结果 送入 响应 的 Ｐ Ｃ机 中 。
当今 能源 问题关 系到 经 济 的发 展 和 社会 的稳 定 ，
不断增 长 的世界 能源需 求 和现有 资源 的消减 引起 的供 求差距 越来 越大 ， 传统 能源 对环境 的破 坏 比较严 重 ， 新
片可满足对气体 流量信号采集精度 和采样速度 的要求 。
Ｐ ． 一 ＿ ／ＨＮ １３ ＳＥ
流量信 号 －Ｃ ０ Ｈ
Ｃ ＨＩ ＧＤ Ｎ
ＶＤ ／ ｒｅ Ｄ Ｖ ｆ — — ＋５ Ｖ
ＣＬ Ｋ —— —— — ——— Ｐ３ ０ ．
测 量装 置 的机械 部分 。让解 吸罐 中 的 自然解 吸气 通过 进 气 口流过 微型 气体 流量计 后 由排气 口收集 。微 型气
２１ ０ ２年 第 ３期
串行 口到 ＵＳ Ｂ的数据 线 实现对单 片机 的程序 下载 ， 同 样通 过这 根 线 把 由单 片机 所 采 集 并 存 储 的 数 据 读 入
５ 结 论
本装 置 结构 简单 ， 作 方便 ， 以实现 自动化 、 操 可 高
Ｐ Ｃ机 。该单 片机具 有 ５ ２ Ｂ的 内部 ＲＡＭ， 要 采 集 １ 但 １２ ０个 点 ， Ｄ转 换 芯 片是 １ ０ Ａ／ ２位 的 ， 因此一 个 点 的 数 据存 储就需 要 ４Ｂ， 需 Ｒ 所 ＡＭ 空 间要远 远大于单 片
型替代 能 源的选 择就显 得越 来越 重要 。非常 规天燃 气 可谓 是新 一代 的“ 洁能源 ” 而且 其含 量 巨大 ， 常规 清 ， 是
天然气 的 ２ ２ ［ ］ 因此非 常规 天然气 成为 新一代 环 ．倍 １ ， 保 、 效 的优质替 代 能 源 。虽 然 非 常规 天 燃 气 有着 众 高
收 稿 日期 ：２ １－ １ １ ’修 回 日期 ；２１ — ２ １ ０ ２０ － ２ ０ ２ ０— ８ 作 者 简 介 ：詹 风 伟 （ ９ ６） １ ８一 ，男 ，江 苏 兴 化 人 ， 在 读 硕士 研 究 生 ，研 究 方 向 ：单 片 机控 制 。
・
Βιβλιοθήκη Baidu１０ ・ ４
机 械 工 程 与 自 动 化
江 苏 省 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （０ ９９ ） ２０ １４
图 ２ Ａ Ｄ转 换 芯 片 的 引 脚 连 线 ／
Ｓ １Ｃ ４０ ＴＣ ２ ５ １ ＡＤ单 片机 具有加 密性 强 、 强抗 干 超
扰 、 片机 时钟 电路对 外部 电磁辐 射低 、 单 超低 功耗 等优 点， 同时还具 有 串行 口编程 的功能 ， 这样 就可 以用一 根
机 的 内部 ＲＡＭ 空 间 ， 以扩展 了 ３ Ｂ的外 部 Ｒ 所 ２ｋ ＡＭ
精 度测量 的要求 ； 其通用 性较强 ， 当修 改后 可以实现 适 对其 他流 体 的数 据采集 ； 有很 强 的存 储容 量 ， 以在整 可 个 实验过 程 中将所 有 结果 存 储 起 来 ， 实验 结束 后 再 等 处 理后 的实 验数 据 传人 Ｐ Ｃ机 中， 可在 实 验过 程 中 也 实施 实 时传输 ； 免 了常用 的排 水集 气法 ， 避 即避免 了对 采集 到 的气体 流量 的干 扰 ， 而实现 了高精 度测量 。 从
１ 测 量 装置 的总体 设计 测量装 置结 构示 意 图 如 图 １所 示 ， 主 要 反 映 了 其
２ 数 据的转 换 、 储 、 存 处理及 显示 Ａ／ 转 换 采 用 ｌ 位 串 行 Ａ Ｄ 转 换 芯 片 Ｄ ２ ／ ＭＣ ３ ０ ， ／ Ｐ ２ ２ Ａ Ｄ转换 芯片 的引脚连线 如图 ２所示 。此芯
丁 一阳 ・
体流量 计采 集解 吸 气流 量 的 模 拟信 号 后 ， 将 这些 模 并
拟信号 通过 某种 通 信 方式 ［ 送 入 ＭＣ ３ ０ ６ ］ Ｐ ２ ２转换 为数 字 信号 ， 将 这 些 数 字 信 号 经 单 片 机 送 人 片 外 Ｒ 并 ＡＭ 存 储器 。单 片 机 同时 还 对 该 数 字 信 号 进 行 计 算 和 分
第 ３期 （ 第 １２期 ） 总 ７
２１ ０ ２年 ６月
机 械 工 程 与 自 动 化 Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＥＲＩ ＮＥ ＮＧ ＆ ＡＵＴ０Ｍ ＡＴＩ ＯＮ
ＮＯ． ３
Ｊ ｎ ｕ．
文章 编 号 ：６ ２ ６ １ （ ０ ２ ０ — １ ９ ０ １ ７— ４ ３ ２ １ ） ３０ ３ — ２
高 精度 自动含 气 量 测 量装 置 设 计 米
詹 风伟 ，王 昌龙 ，董 成 林 ，蔡 小磊 ，胡 学敏
（ 州 大 学 机械 工程 学 院 ，江 苏 扬州 ２ ５ ２ ） 扬 ２ １ ７
摘 要 ：设 计 了一 种 高 精度 自动含 气量 测 量 装 置 。通 过 传 感 器 及 流 量 计 对 气 体 体 积 流 量 信 号 进 行 收集 ，再 经 过 高 速 串行 Ａ／ 转换 芯 片 ＭＣ ３ ０ Ｄ Ｐ ２ ２进 行 Ａ Ｄ 转 换 ， 转 换 后 的 数 据 由单 片 机 送 入 片 外 Ｒ ／ ＡＭ 存 储 器 。选 用 可 串行 编 程 的 Ｓ Ｃ ２ ５ １ＡＤ 单 片机 来 实现 对 数 据 的计 算 和 分 析 ，将 测 量 结 果 存 储 在 Ｅ Ｐ Ｍ 中 ，等 待 Ｐ Ｔ １Ｃ ４ ０ Ｅ ＲＯ Ｃ 机 的响 应 ， 并 最 终 将 结 果 送 给 Ｐ Ｃ机 ，Ｐ Ｃ机 负责 显 示流 量 曲线 。 关 键 词 ：高 精 度 ；单 片机 ；Ａ／ 转 换 ；含 气 量 Ｄ
进气口
多 的优点 ， 但是其 开采 难度 大 ， 采 的投入产 出比难 以 开
估算， 因此 对 非 常规 天 然 气 开 采 价 值 的研 究 尤 为 重
要 引。本文根 据美 国矿 务局 的 ＵＳ Ｍ 直 接法 Ⅲ ， 照 Ｂ 按
图 ｌ 测 量 装 置 结 构 示 意 图
Ｇ ／ １ —２ ０ Ｂ Ｔ ２ ２ ０ １的试 验要 求设 计 了高 精 度 自动含 气 量测 量装 置 。本 装置 不采用 排水集 气 阀而选 用微 型气 体流 量计 ［ ， ５ 这样 可 以避 免 收 集 到 的气 体 过 于 潮 湿或 ］ 者部 分气 体溶 于水 中带来 的误差 。
０ 引 言
析， 最终将 分 析好 的结果 送入 响应 的 Ｐ Ｃ机 中 。
当今 能源 问题关 系到 经 济 的发 展 和 社会 的稳 定 ，
不断增 长 的世界 能源需 求 和现有 资源 的消减 引起 的供 求差距 越来 越大 ， 传统 能源 对环境 的破 坏 比较严 重 ， 新
片可满足对气体 流量信号采集精度 和采样速度 的要求 。
Ｐ ． 一 ＿ ／ＨＮ １３ ＳＥ
流量信 号 －Ｃ ０ Ｈ
Ｃ ＨＩ ＧＤ Ｎ
ＶＤ ／ ｒｅ Ｄ Ｖ ｆ — — ＋５ Ｖ
ＣＬ Ｋ —— —— — ——— Ｐ３ ０ ．
测 量装 置 的机械 部分 。让解 吸罐 中 的 自然解 吸气 通过 进 气 口流过 微型 气体 流量计 后 由排气 口收集 。微 型气
２１ ０ ２年 第 ３期
串行 口到 ＵＳ Ｂ的数据 线 实现对单 片机 的程序 下载 ， 同 样通 过这 根 线 把 由单 片机 所 采 集 并 存 储 的 数 据 读 入
５ 结 论
本装 置 结构 简单 ， 作 方便 ， 以实现 自动化 、 操 可 高
Ｐ Ｃ机 。该单 片机具 有 ５ ２ Ｂ的 内部 ＲＡＭ， 要 采 集 １ 但 １２ ０个 点 ， Ｄ转 换 芯 片是 １ ０ Ａ／ ２位 的 ， 因此一 个 点 的 数 据存 储就需 要 ４Ｂ， 需 Ｒ 所 ＡＭ 空 间要远 远大于单 片
型替代 能 源的选 择就显 得越 来越 重要 。非常 规天燃 气 可谓 是新 一代 的“ 洁能源 ” 而且 其含 量 巨大 ， 常规 清 ， 是
天然气 的 ２ ２ ［ ］ 因此非 常规 天然气 成为 新一代 环 ．倍 １ ， 保 、 效 的优质替 代 能 源 。虽 然 非 常规 天 燃 气 有着 众 高
收 稿 日期 ：２ １－ １ １ ’修 回 日期 ；２１ — ２ １ ０ ２０ － ２ ０ ２ ０— ８ 作 者 简 介 ：詹 风 伟 （ ９ ６） １ ８一 ，男 ，江 苏 兴 化 人 ， 在 读 硕士 研 究 生 ，研 究 方 向 ：单 片 机控 制 。
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Βιβλιοθήκη Baidu１０ ・ ４
机 械 工 程 与 自 动 化
江 苏 省 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （０ ９９ ） ２０ １４
图 ２ Ａ Ｄ转 换 芯 片 的 引 脚 连 线 ／
Ｓ １Ｃ ４０ ＴＣ ２ ５ １ ＡＤ单 片机 具有加 密性 强 、 强抗 干 超
扰 、 片机 时钟 电路对 外部 电磁辐 射低 、 单 超低 功耗 等优 点， 同时还具 有 串行 口编程 的功能 ， 这样 就可 以用一 根
机 的 内部 ＲＡＭ 空 间 ， 以扩展 了 ３ Ｂ的外 部 Ｒ 所 ２ｋ ＡＭ
精 度测量 的要求 ； 其通用 性较强 ， 当修 改后 可以实现 适 对其 他流 体 的数 据采集 ； 有很 强 的存 储容 量 ， 以在整 可 个 实验过 程 中将所 有 结果 存 储 起 来 ， 实验 结束 后 再 等 处 理后 的实 验数 据 传人 Ｐ Ｃ机 中， 可在 实 验过 程 中 也 实施 实 时传输 ； 免 了常用 的排 水集 气法 ， 避 即避免 了对 采集 到 的气体 流量 的干 扰 ， 而实现 了高精 度测量 。 从
１ 测 量 装置 的总体 设计 测量装 置结 构示 意 图 如 图 １所 示 ， 主 要 反 映 了 其
２ 数 据的转 换 、 储 、 存 处理及 显示 Ａ／ 转 换 采 用 ｌ 位 串 行 Ａ Ｄ 转 换 芯 片 Ｄ ２ ／ ＭＣ ３ ０ ， ／ Ｐ ２ ２ Ａ Ｄ转换 芯片 的引脚连线 如图 ２所示 。此芯
丁 一阳 ・
体流量 计采 集解 吸 气流 量 的 模 拟信 号 后 ， 将 这些 模 并
拟信号 通过 某种 通 信 方式 ［ 送 入 ＭＣ ３ ０ ６ ］ Ｐ ２ ２转换 为数 字 信号 ， 将 这 些 数 字 信 号 经 单 片 机 送 人 片 外 Ｒ 并 ＡＭ 存 储器 。单 片 机 同时 还 对 该 数 字 信 号 进 行 计 算 和 分
第 ３期 （ 第 １２期 ） 总 ７
２１ ０ ２年 ６月
机 械 工 程 与 自 动 化 Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＥＲＩ ＮＥ ＮＧ ＆ ＡＵＴ０Ｍ ＡＴＩ ＯＮ
ＮＯ． ３
Ｊ ｎ ｕ．
文章 编 号 ：６ ２ ６ １ （ ０ ２ ０ — １ ９ ０ １ ７— ４ ３ ２ １ ） ３０ ３ — ２
高 精度 自动含 气 量 测 量装 置 设 计 米
詹 风伟 ，王 昌龙 ，董 成 林 ，蔡 小磊 ，胡 学敏
（ 州 大 学 机械 工程 学 院 ，江 苏 扬州 ２ ５ ２ ） 扬 ２ １ ７
摘 要 ：设 计 了一 种 高 精度 自动含 气量 测 量 装 置 。通 过 传 感 器 及 流 量 计 对 气 体 体 积 流 量 信 号 进 行 收集 ，再 经 过 高 速 串行 Ａ／ 转换 芯 片 ＭＣ ３ ０ Ｄ Ｐ ２ ２进 行 Ａ Ｄ 转 换 ， 转 换 后 的 数 据 由单 片 机 送 入 片 外 Ｒ ／ ＡＭ 存 储 器 。选 用 可 串行 编 程 的 Ｓ Ｃ ２ ５ １ＡＤ 单 片机 来 实现 对 数 据 的计 算 和 分 析 ，将 测 量 结 果 存 储 在 Ｅ Ｐ Ｍ 中 ，等 待 Ｐ Ｔ １Ｃ ４ ０ Ｅ ＲＯ Ｃ 机 的响 应 ， 并 最 终 将 结 果 送 给 Ｐ Ｃ机 ，Ｐ Ｃ机 负责 显 示流 量 曲线 。 关 键 词 ：高 精 度 ；单 片机 ；Ａ／ 转 换 ；含 气 量 Ｄ
进气口
多 的优点 ， 但是其 开采 难度 大 ， 采 的投入产 出比难 以 开
估算， 因此 对 非 常规 天 然 气 开 采 价 值 的研 究 尤 为 重
要 引。本文根 据美 国矿 务局 的 ＵＳ Ｍ 直 接法 Ⅲ ， 照 Ｂ 按
图 ｌ 测 量 装 置 结 构 示 意 图
Ｇ ／ １ —２ ０ Ｂ Ｔ ２ ２ ０ １的试 验要 求设 计 了高 精 度 自动含 气 量测 量装 置 。本 装置 不采用 排水集 气 阀而选 用微 型气 体流 量计 ［ ， ５ 这样 可 以避 免 收 集 到 的气 体 过 于 潮 湿或 ］ 者部 分气 体溶 于水 中带来 的误差 。