环形管流量计多点差压信号自动采集系统的设计

　　一种新的环形管结构模型被用于研究多相流流量的测量.该模型采用了一个多圈环形管使流过的流体产生强迫旋流,并在环形管的不同位置安装差压传感器.通过实验确定环形管不同位置内外侧差压ΔP与多相流总流量之间的关系,进而研究气水两相流或油水两相流在不同相含率时环形管流量系数的变化趋势,并总结出环形管流量系数经验公式.由于该环形管有多个差压信号测点,如果采用人工读数,则多个测点结果的读取时间将存在明显差异[1],这种差异对稳定的单相水流量试验来说应该没有太大问题,但在针对多相介质的流量试验中,由于要读取的数据多,而且信号变化快,采用人工读数来记录多点差压值将会严重影响流量试验结果的可信度[2].针对上述问题,我们为该多圈环形管设计出一个多点差压信号的自动采集系统,用来测量并记录各点的差压值,以供后续的数据分析和数据处理使用.

　　1　环形管流量计差压测点的分布

　　所使用的多圈环形管流量计是一个两圈环形管,管道内径D为50 mm,环形管半径R为250mm.环形管结构如图1和图2所示[3].在环形管的水平直径方向,设置两对差压取压口,分别位于下降段(与流体进口方向成270°)和上升段(与流体进口方向成450°),如图1中ΔP1、ΔP2所示.两个取压口位于环形管内外侧同一水平高度上,各通过一个信号管与一个差压变送器相连.

　　环形管进出口环的上端截面(如图1中A2A截面)和下端截面(如图1中B2B截面)处开设取压口,各通过一个信号管与一个差压变送器相连接,分别测量环形管进口上升段的差压ΔP3和出口下降段的差压ΔP4,如图2所示.

　　2　硬件电路设计

　　将环形管安装在水流量试验装置上,4个差压取压口分别连接4个差压变送器,变送器分别采用西安西仪集团的1151DP远传型差压变送器和浙大中控自动化仪表有限公司的SupfieldSP1151差压变送器,其测量的差压范围为0~16kPa,输出为4~20 mA二线制工业标准电信号.4路差压输出信号经CD4051八选一模拟开关送至A/D转换器.A/D转换器选用ICL7135,它是一种四位半的双积分A/D转换器,具有精度高(精度相当于14位二进制数)、抗干扰能力强等优点,其基准电压由精密电压基准源MC1403经精密电阻分压后获得.微处理器则采用AT89S52,其内置256字节的RAM、8K字节的Flash、32个I/O口、3个16位定时/计数器、8个中断源、一个全双工串行口、看门狗定时器、双数据指针、片内振荡器和时钟电路,并支持ISP在线编程功能,便于程序的修改和升级[4].

　　AT89S52在这个系统中完成的主要功能是:定时控制多路开关的切换,完成对四个通道差压数据采集;通过网络通讯串行口向上位机传送所采集到各个通道的差压数据,由上位机进行显示和存储.电源模块分别输出+24 V,-5 V,+5V;+24 V供差压变送器使用,-5 V供A/D转换器使用,+5 V供其他芯片使用.系统的硬件总体框图如图3所示.