在液、氣的遠(yuǎn)距離傳輸中，通常采用地下管道，由于本身制造中存在的沙眼缺陷和長期使用產(chǎn)生的腐蝕以及地面上重物的壓迫等原因使管道產(chǎn)生泄露，造成經(jīng)濟(jì)損失。若管道中輸送的是有毒有害的液體或氣體，還會(huì)污染環(huán)境，甚至可能造成嚴(yán)重的傷亡事故。當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，由于管道埋在地下，給及時(shí)準(zhǔn)確地排查故障點(diǎn)帶來一定困難。如在輸送管道中每隔一定距離安裝一壓力傳感器和流量傳感器，通過動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，將傳感器的壓力、流量等信息傳至中心測控室，并通過微型計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理運(yùn)算，就能直接捕捉到泄露位置，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)管路流體輸送的遠(yuǎn)距離動(dòng)態(tài)自動(dòng)監(jiān)測。

1.設(shè)計(jì)思想

考慮到在流體的遠(yuǎn)距離傳輸中系統(tǒng)要在多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測，即實(shí)際檢測過程中有多個(gè)被測量，這就要求系統(tǒng)中有多個(gè)傳感器同時(shí)進(jìn)行檢測，因此本系統(tǒng)可應(yīng)用各路獨(dú)立采樣共同轉(zhuǎn)換的多路模擬輸入通道，該模擬輸入通道結(jié)構(gòu)中每個(gè)通道都有采樣保持器，而共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器。這種結(jié)構(gòu)能同時(shí)對(duì)各信號(hào)進(jìn)行采樣，然后分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，節(jié)省了A/D轉(zhuǎn)換器。在工作時(shí)由于管道中流體的變化或泄漏是緩變的低頻信號(hào)，進(jìn)行取樣時(shí)可不用取樣保持電路，所以可用如圖1所示的檢測系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)框圖

傳感器的作用是將管道內(nèi)的流體壓力和流量轉(zhuǎn)換為易于傳輸和控制的電壓或電流，考慮管道是遠(yuǎn)距離傳輸，故可根據(jù)具體流體的性質(zhì)選擇電流型或電壓型的壓力變送器和流量變送器，他們分別將管道內(nèi)的流體壓力和流量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的4～20inA或0～l 0V直流信號(hào)，以滿足性能要求和提高抗干擾能力。

A/D模塊采用美國NS公司的ADC0808/0809芯片;中央控制單元可采用803 l單片機(jī)或其它微型計(jì)算機(jī);顯示和報(bào)警采用LED顯示和聲光報(bào)警系統(tǒng)。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以8路流量巡檢系統(tǒng)為例介紹系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。由于流量變化緩慢，所以不用采樣保持器。這樣輸入通道只需由A/D轉(zhuǎn)換器和多路模擬開關(guān)組成。由于檢測精度要求不高，因此可以選擇8通道8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809，其滿刻度調(diào)整誤差為1LSB=0.391%，小于l%，滿足精度要求。且ADC0809內(nèi)部具有8通道模擬開關(guān)，因此不需另加多路模擬開關(guān)。圖2為8路流量巡回檢測系統(tǒng)硬件原理圖。ADC0809的通道選擇由803l的低3位數(shù)據(jù)線決定;啟動(dòng)端和地址鎖存允許由8031的WR與P2.7相或后進(jìn)行控制;轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC經(jīng)反相器反相后向803l申請(qǐng)中斷。顯然，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換與讀取數(shù)據(jù)的接門地址要求P2.7為0。

圖2 流量自動(dòng)檢測系統(tǒng)圖

3.程序設(shè)計(jì)

8路流量巡問檢測系統(tǒng)控制流程圖如圖3。主程序完成各種初始化工作，如中斷初始化設(shè)置，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)指針設(shè)置，賦通道號(hào)初值，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。然后進(jìn)入主循環(huán)程序段，反復(fù)調(diào)用諸如數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、越限處理、顯示輸出等子程序。中斷服務(wù)程序則完成讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、修改通道號(hào)、啟動(dòng)下一通道等功能。

圖3 8路流量巡回檢測系統(tǒng)流程圖

4.工作原理

檢測系統(tǒng)的工作過程如下：首先由安裝在管道接頭中的壓力傳感器和流量傳感器將管道中的壓辦和流量信息轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)多路模擬開關(guān)對(duì)各路模擬輸入信號(hào)分時(shí)轉(zhuǎn)化后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后通過I/O接口電路傳輸給微機(jī)，微機(jī)根據(jù)存儲(chǔ)在ROM的程序，向多路采樣開關(guān)陣列的選通地址譯碼器寫入要采樣的傳感器地址，由譯碼器接通該地址對(duì)應(yīng)的采樣開關(guān)，所要采樣的信號(hào)被連接到高精度放大器，放大后的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，微機(jī)通過數(shù)據(jù)總線接收該信號(hào)。為了隨機(jī)誤差統(tǒng)計(jì)處理的需要，每個(gè)采樣點(diǎn)需要快速地采樣多遍。一個(gè)采樣點(diǎn)采樣結(jié)束后，微機(jī)轉(zhuǎn)而發(fā)送第二個(gè)采樣地址，對(duì)第二個(gè)傳感器采樣，直至全部被測點(diǎn)均被采樣完畢為止。微機(jī)不可能同時(shí)讀取所有傳感器來的信號(hào)，而是快速地輪流讀取所有的被測量，這種采樣方式稱為“巡回檢測”。采樣結(jié)束后，所有的采樣值還需要經(jīng)過誤差統(tǒng)計(jì)處理，剔除粗差，求取算術(shù)平均值，然后存儲(chǔ)在RAM中。微機(jī)根據(jù)預(yù)定程序，將有關(guān)的采樣值作一系列的運(yùn)算、比較、判斷，將運(yùn)算的結(jié)果分別送顯示終端和打印終端，并將某些數(shù)值送到輸出接口，輸出接口將各數(shù)字量分別送到位控信號(hào)電路和多路D/A轉(zhuǎn)換電路，去控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)和顯示器，顯示出各監(jiān)測點(diǎn)流體的壓力和流量。若管道產(chǎn)生泄露，則某些信號(hào)超限，微機(jī)立即起動(dòng)聲光報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道內(nèi)流體的動(dòng)態(tài)監(jiān)測。

結(jié)束語

該檢測系統(tǒng)由于選用的是帶有8路模擬通道選擇開關(guān)，并有與微處理器兼容的控制邏輯的8通道8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC 0809和8031單片機(jī)作為微處理器，因此具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、工作穩(wěn)定、成本較低的特點(diǎn)。若將流量傳感器替換為壓力傳感器或溫度傳感器，則該系統(tǒng)還可以用來檢測壓力或溫度。
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