0 、引言：氣體渦輪流量計是新一代的智能型速度式流量儀表，具有精度高、重復性好、量程范圍寬、體積小、結構比較簡單、運動部件少等優點。圖 1 為氣體渦輪流量計的傳感器結構圖。由圖可見，當氣體通過管道時，沖擊置于流體中的葉輪，對葉輪產生驅動力矩，使葉輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而旋轉，在一定的流量范圍內，葉輪的旋轉頻率與氣體流速成正比。由此，氣體流速可通過測量葉輪的旋轉頻率得到，從而可以計算得到通過管道的氣體的體積流量。但是由于氣體是由大量雜亂無章運動著的分子組成的，分子間的距離較大，隨著溫度或壓力的變化，分子間距會發生變化，其體積與壓力成反比，與溫度成正比。因此，當被測氣體的溫度和壓力發生變化時，是無法計量和比較氣體的體積流量的，需要將其統一轉換為標準狀態下的體積流量。

1、氣體渦輪流量計的溫度補償：
  渦輪流量計直接測量的是工作狀態下的實際體積流量，標準狀態和工作狀態下的體積流量將通過式（1）進行轉換。
（1）式中    q Vn、q V——分別為標準狀態和工作狀態下的體積流量，m3/h    p、T、Z——分別為工作狀態下壓力

圖 1  渦輪流量計結構
（Pa），熱力學溫度（K）和氣體壓縮系數    pn、Tn、Zn——分別為標準狀態下壓力（Pa），熱力學溫度（K）和氣體壓縮系數這里需要指出，由于被測氣體所處狀態壓力較低，且溫度大大高于臨界溫度（指氣體轉變為液態的溫度），因此可以不考慮由于工作狀態變化而引起的氣體壓縮系數的變化，按理想氣體計，這時氣體壓縮系數取為 1。為了能夠將工作狀態下的實際體積流量轉換為標準狀態下的體積流量，除了需要測量工作狀態下的壓力外還需要測量工作狀態下被測氣體的熱力學溫度，從而完成氣體禍輪流量計的壓力補償和溫度補償。

2、溫度補償電路設計：
2.1、溫度傳感器的選擇：
  按照輸出形式分類，溫度傳感器分為模擬量輸出型和數字量輸出型。數字量輸出型溫度傳感器集感溫元件、測量電路、A/D 轉換電路于一體，輸出的是溫度對應二進制數值。和模擬量輸出型溫度傳感器相比，數字量輸出型溫度傳感器測量電路簡單、性能穩定、可靠性強、抗干擾能力強、成本低?；跀底至枯敵鲂蜏囟葌鞲衅鞯囊陨蟽烖c，氣體渦輪流量計選用數字量輸出型溫度傳感器作為溫度補償用傳感器。由于被測氣體的溫度低于 100℃，選用MAX31820 即可滿足要求。
MAX31820 是一種環境溫度傳感器，主要特性如下：
1）MAX31820 采用一根總線進行通信。
2）每個 MAX31820 芯片有一個的 64 位序列號，該序列號存儲在 ROM 中?？稍试S多個MAX31820 芯片通過一根數據總線與主控制器進行數據通信，從而使得分布式溫度檢測應用得以簡化。
3）不需要外部器件。
4）該芯片的電源可由數據線本身提供，可節省外部電源。
5）測量溫度范圍從 -55℃ +125℃，等效的華氏溫度范圍是 -67。F +257。F。
6）測溫度在 +10℃ +45℃范圍時，測量精度為 ±0.5℃。
7）該芯片的核心功能是數字量輸出。溫度傳感器的分辨率是用戶可配置的，9 位、10 位、11位、12 位，相應的溫度增量分別為 0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃。
8）750ms 內能夠將溫度轉換成 12 位數字量。
9）用戶可定義的非易失性報警設置。
10）告警搜索命令識別和尋址溫度在編定的極限之外的器件（溫度告警情況）。

2.2、溫度補償電路：
  MAX31820 采用單總線和主控制器進行通信。 MAX31820 的單線端口是一個開漏端口，使用時需要接上拉電阻（大約 5kΩ）。這樣，總線空閑時，保持高電平。該氣體渦輪流量計的主控制器選用的是型號為 MSP430F147 的 16 位單片機。圖 2 為MSP430F147 和 MAX31820 的接口電路。

圖 2  MSP430F147 和 MAX31820 的接口電路

3、 溫度補償的軟件設計：
  MSP430F147 和 MAX31820 通 過 單 總 線 進 行數據傳輸，首先要進行初始化操作。初始化時序包含有主控制器 MSP430F147 向從機 MAX31820發 送 的 復 位 脈 沖， 之 后 是 MAX31820 返 回 的應 答 脈 沖。MAX31820 返 回 的 應 答 脈 沖 能 夠 讓MSP430F147 知道 MAX31820 是否已經準備好。

溫度補償程序如下所示。// 變量定義 //char   error=0;         // MAX31820 初始化錯誤標志int    temperature=0;   // 讀取的 MAX 31820 溫度值float  temper=0.0;      // 轉換后的檢測溫度值char   temp_low=0;    // 讀取的 MAX 31820 溫度值的低 8 位

// 利用數據處理函數 //
 
void readtemp(void)
 
{
 
temperature=temp_high&0x0f; temperature=temperature<<8; temperature=temperature|temp_low; temper=temperature>>4;
 
}
 
  存放在變量 temper 中的溫度值為工作狀態下氣體的熱力學溫度，將其代入式（1），再將用壓力傳感器測得的工作狀態下的壓力代入式（1），即可得到標準狀態下的體積流量。
  P3OUT|=BIT4;
 
}
 
return temp;
 
}
 
// 延時函數 //
 
void  Delay(unsigned int nValue)
 
{
 
while(nValue–) {};
 
}
 
4、溫度值的處理：
 
MAX31820 輸出的溫度數字量已經被校準成攝氏溫度。溫度數字量為 16 位，其中包括符號位，符號位為 0 表示溫度值為正，符號位為 1 表示溫度值為負。如果設置的是 12 位的分辨率，寄存器中的所有位包含有效數據。如果設置的是 11 位的分辨率，第 0 位是無定義的。如果設置的是 10 位的分辨率，第 1 位和第 0 位是無定義的。如果設置的是 9 位的分辨率，第 0、1、2 位是無定義的。
 溫度寄存器的格式如表 1、表 2 所示。
 

5、結論：
  氣體渦輪流量計采用 MAX31820 檢測工作狀態下的氣體溫度，用軟件實現溫度自動補償。試驗證明實驗樣機實現了系統要求的主要技術指標。