管道流量和温度实时监测系统实训报告

上海第二工业大学

传感器与测试技术技能实习

专业：机械电子工程

班级：10机工A3

姓名：

学号：

指导老师：杨淑珍

日期：2014年6月16日~6月27日

项目：管道流量和温度实时监测系统

（一）内容

基于Lanview设计一个能实时监测管道里水流量的温度和大小，并能预警。具体技术要求：

1.能实现采集并显示了两个信号的波形；

2.能实现温度的标定；

3.能对两个量大小进行实现超限预警，上下限用户可以设定；

4.生成当前测试报告，包括相应的波形；

5.其他自行设计相关功能。

（二）实训要求：

1.提出设计方案（提出测量原理，选用传感器，构建测试系统）；

2.设计测量电路，硬件连接；

3.测试软件设计

4. 利用Labview或其它开发程序（VB,VC等），设计测量软件进行数据采集和分析。

5.调试；

6.撰写实训报告。

（三）报告要求：

1.实训内容；

2.撰写总体设计方案，并画出测试系统图；

3.硬件选用（包括传感器、采集卡的选用和安装）；

4.电路设计（包括测量电路设计、系统总电路设计）；

5.测量软件设计（包括软件流程图设计、各功能实现方法和代码（包括各主程序、子程序描述及相应重要参数设置如采样通道，采样频率，采样点数的描述））；

6.小结和体会（可包含调试中遇到的问题）。

目录

一、实训要求 (3)

二、设计思路 (3)

1. 测量原理 (3)

2. 测试系统框图 (3)

三、硬件选用 (4)

1、传感器的选择及介绍 (4)

2、电流转电压模块：特点及相关参数 (7)

3.采集卡：研华USB-4704数据采集卡 (8)

四、电路设计 (12)

五、软件设计流程图 (13)

六、程序设计 (14)

1.开发平台 (14)

2. 子程序介绍 (14)

3. 软件系统界面 (16)

七、小结和体会 (20)

一、实训要求

基于Lanview设计一个能实时监测管道里水流量的温度和大小，并能预警。

具体技术要求：

1、能实现采集并显示了两个信号的波形；

2、能实现温度的标定；

3、能对两个量大小进行实现超限预警，上下限用户可以设定；

4、生成当前测试报告，包括相应的波形；

5、其他自行设计相关功能。

二、设计思路

1.测量原理

（1）温度测量原理：我们采用热电阻测量温度的变化，其原理是利用某些导体或半导体材料的电阻随着温度变化的性质，通过测量其电阻值二推测出被测介质的温度。

（2）流量测量原理：所谓流量就是流体在单位时间内通过管道或某截面的数量称为流体的瞬时流量，简称流量。按流量测量的不同方法，流量可分为体积流量（单位有m³/s）和质量流量（单位kg/s）。二者均满足以下公式：

Qm=ρQv

式中：Qm-------质量流量

Qv--------体积流量

Ρ-----流体的密度

2.测试系统框图

a

三、硬件选用

1、传感器的选择及介绍

（1）、温度传感器：选用Pt100温度传感器，因为Pt100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。

A、Pt100温度传感器的主要技术参数如下：

测量范围：-200℃～+850℃；

允许偏差值△℃：

A级±（0.15＋0.002│t│）

B级±（0.30＋0.005│t│）；

热响应时间<30s；

最小置入深度：热电阻的最小置入深度≥200mm；

允通电流≤5mA。

B、Pt100温度传感器测量原理：Pt100,就是说它的阻值在0度时为100欧姆，负200度时为18.52欧姆，200度时为175.86欧姆，800度时为375.70欧姆。对于铂热电阻R与温度关

系近似直线铂的纯度越高，精度越高，其分度表按下列Rt-t关系建立

Rt=Ro(1+A*t+B*t*t);

Rt=Ro[1+A*t+B*t*t+C(t-100)*t*t*t]

式中：

t表示摄氏温度

Ro是零摄氏度时的电阻值，对于Pt100,Ro就等于100

A、B、C都是规定的系数

当温度变化时，电阻回随之变化，通过温度变送器转化为电流量输出。接线图如下：

Pt100温度传感器传感器接线图

温度变送器

PT100温度传感器采用三线式接法的原因：

PT100温度传感器0℃时电阻值为100Ω，电阻变化率为0.3851Ω/℃。由于其电阻值小，灵敏度高，所以引线的阻值不能忽略不计，采用三线式接法可消除引线线路电阻带来的测量误差，原理如下：

PT100引出的三根导线截面积和长度均相同(即r1=r2=r3)，测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥，铂电阻(Rpt100)作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根(r1)接到电桥的电源端，其余两根(r2、r3)分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样两桥臂都引入了相同阻

值的引线电阻，电桥处于平衡状态，引线线电阻的变化对测量结果没有任何影响。

内部结构电路图

（2）、流量传感器选用：LWGY---10型涡轮流量传感器，因为它经过优化设计，具有结构简单、轻巧、精度高、复现性好、反应灵敏，安装维护使用方便等特点的新一代涡轮流量计。

A、LWGY---10型涡轮流量传感器的主要参数：

★准确度：1.0级、0.5级；

★使用条件：1、环境温度：-20～+50℃；2、相对温度：5%～95%；3、介质温度：-20～+80℃；4、防爆等级：ibⅡBT4；

★介质压力：1.0MPa；

★输出方式：脉冲输出或4～20mA两线制；

B、LWGY---10型涡轮流量传感器测量的原理：流体流经传感器壳体，由于叶轮的叶片与流向有一定的角度，流体的冲力使叶片具有转动力矩，克服摩擦力矩和流体阻力之后叶片旋转，在力矩平衡后转速稳定，在一定的条件下，转速与流速成正比，由于叶片有导磁性，它处于信号检测器（由永久磁钢和线圈组成）的磁场中，旋转的叶片切割磁力线，周期性的改变着线圈的磁通量，从而使线圈两端感应出电脉冲信号，此信号经过放大器的放大整形，形成有一定幅度的连续的矩形脉冲波，可远传至显示仪表，显示出流体的瞬时流量或总量。在一定的流量范围内，脉冲频率f与流经传感器的流体的瞬时流量Q成正比，流量方程为：

f——脉冲频率[Hz]

k——传感器的仪表系数[1/m3]，由校验单给出。若以[1/L]为单位Q=3.6*f/k

Q——流体的瞬时流量（工作状态下）[m3/h] 3600——换算系数