论文总字数：16728字

摘 要

现代工业的迅速发展，使得各种新兴技术的运用越来越普及。其中应用现代电子测量技术结合物理学原理开展的工业现场测量装置越来越多。如今，许多产业对于诸如酸，碱，盐溶液及含固体颗粒等具有导电性介质的流量测量的要求越来越高。各种电磁流量计广泛应用于这些流量测量中。电磁流量计是应用物理学中电磁感应原理设计的流量测量仪表。本文将对电磁流量计的原理进行研究，并根据其原理制作一个电磁流量计装置的演示实验仪。该装置通过一个产生待测流体的水箱,将流体引入相连接的模拟管道(管道内壁装上两个电极)。在电极上方安置励磁线圈用于产生恒定磁场，这样可以获得与流体流量相关的电信号。然后将该信号采集与处理，并经A/D转换后交由单片机根据编写的程序计算并给出结果。结果通过液晶显示器显示。

关键词：电磁感应 流量测量 单片机 液晶显示器

Abstract

The rapid development of modern industry made many kinds of new technology becoming more and more popular.In particular,the variety of industrial field measurement device applicating modern technology and physics are increased rapidly.Today,many industries have a high requirement for the flow measurement of conductive medium,such as acid,alkali,salt solution and solid particles.The various kinds of electromagnetic flowmeters are used in these flow measurement widely.Electromagnetic flowmeter is a kind of flow measurement instruments applying physics of electromagnetic induction.This thesis studies the principle of electromagnetic flowmeter,and making a demonstration experiment instrument about it.In this device,the under test fluid in the water tank flowed into the simulation pipeline(two electrodes were fitted on the pipe wall),which links with the tank.The magnet exciting coil was arranged on the electrodes for generating a constant magnetic field.Then,you can get an electrical signal associated with the fluid flow.Through collecting and processing the signal ,and performing analog to digital conversion,the SCM can calculate the results.The results showed by the LCD monitor.

Key words: Electromagnetic Induction,Flow Measurement,SCM,LCD Monitor

目录

摘要 II

Abstract III

目录 IV

引言 VI

第一章 课题概述 1

1.1课题系统功能分析 1

1.2课题系统框图 1

1.3课题主要功能模块划分 2

第二章 电磁流量计主要硬件介绍 3

2.1信号产生模块介绍 3

2.1.1电磁测量 3

2.1.2电磁流量计测量原理 4

2.2 信号采集与放大、滤波 5

2.2.1 放大器简介 5

2.2.2射极耦合差分式放大器 5

2.2.3 MAX274滤波器 7

2.3 单片机处理系统 8

2.3.1 概述 8

2.3.2 Arduino Uno单片机简介 8

2.3.3 Arduino Uno单片机主要结构和工作原理 9

2.4 LCD1602液晶显示屏 11

2.4.1 概述 11

2.4.2 显示原理 12

第三章 系统软件与编程简介 14

3.1 C语言编程概述 14

3.2 C程序要素简介 14

3.2.1 C程序基本要求 14

3.2.2 C程序结构 15

3.3 本系统主要控制程序 15

第四章 电磁流量计的设计、调试与功能实现 18

4.1 电磁流量计主要功能的实现 18

4.1.1装置整体设计 18

4.1.2 流体产生模拟模块设计 18

4.1.3信号产生与采集模块 19

4.1.4单片机处理模块 20

4.1.5结果显示模块 20

4.2电磁流量计的工作原理与本系统主要技术指标 20

4.2.1主要原理 20

4.2.2本系统主要技术指标 22

第五章 总结与展望 23

5.1设计中遇到的困难及其解决方法 23

5.2总结和工作展望 23

5.2.1总结 23

5.2.2展望 24

参考文献 25

致谢 27

引言

随着现代工农业的发展，各种测量要求被提出来。其中电磁测量越发受到相关行业的重视。电磁测量已经是测量的一个重点发展方向。这里介绍的电磁流量计就是一种被广泛应用于各种带电流体流量的测量，比如酸，碱，盐溶液和含固体颗粒等。电磁流量计具有许多优于其它测量方式的特性。其耗能较少，传感器结构比较简单，可用于测量腐蚀性介质、悬浊性液固两相流及赃污介质的流量（衬里和电极是防腐的）。也很少受被测介质的粘度、温度、密度、电导率等因素影响。由于其良好的特性，特别在工业流量测量中扮演者越来越重要的角色。^[1][2][3]

本文所要介绍的装置中，我们可将不同的带电流体注入模拟水箱中。通过水管流经强磁场的流体切割磁感线而产生电动势。通过管道两侧的电极将信号采集，放大滤波并模数转换，并交由编程好的单片机系统处理。最后用液晶显示器显示出结果。用盐水模拟被测流体，改变流体的流速，盐水浓度或所加磁场的强度，我们可以进一步检测所制作流量计的工作状况。虽然直流磁场易引起被测液体电解，不利于原来测量条件，会产生一定的误差。但与需消除干扰电动势的交流磁场相比，直流磁场更适合于本演示实验仪。该装置还需对电极产生的弱信号进行放大滤波、A/D转换和用C语言对单片机处理系统进行编程等。以上工作将在正文中详细介绍。^[4][5][6]

本毕业设计包括以下内容:首先是课题概述，将对制作器件作整体介绍，包括测量原理、器件模块划分、器件各部分功能分析等。然后分别对硬件，软件编程以及仪器设计与功能实现作详细介绍。最后将进行工作总结与后续工作的展望。

第一章 课题概述

1.1课题系统功能分析

本课题主要解决的是利用电磁流量计对各种带电流体的流量进行测量与监控的问题。装置根据所产生信号的大小定量判断流体的流量。精确度和准确性是判定此装置性能的重要标准。流体产生模拟模块要求流速稳定并可通过阀门调速。本设计涉及的物理学原理是法拉第电磁感应定律，当流体流经强磁场时，切割磁感线会产生感应电动势。该电动势又与流速有关。理论上只要测量电动势的大小就可以测量流量值。因此完成的整个仪器中需要一个强磁场产生装置。而信号的采集由安装在管道两侧的一对铜片电极完成。所得微弱信号需通过ad放大电路放大为标准信号并滤波，单片机计算处理后将流量结果由显示器显示出来。因为电磁流量计的输出信号与被测流体流量间具有线性关系，并且不受温度、压力和粘度等因素影响，因而可以用于一些有特殊测量需要的场合。此外本装置衬里是防腐的，可用于腐蚀性流体的测量。软件方面，应用了C语言编写程序。

1.2课题系统框图

根据以上分析，可画出电磁流量计的基本框图如图1.1所示：

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