现有的固体测验技能还没有气、液两相深化和完善，特别针对单一散状固体的动态测验技能还存在流动性等瓶颈问题。使用中关于科里奥利质量流量计的研讨也较多，但经过查询国内外的研讨成果来看，也仅使用于气、液两相流。国内比方2012年浙江大学王立军和胡亮研讨的工业用科里奥利质量流量计，2013年北京航空航天大学郑德志对DN1型科氏力流量传感器做了仿真研讨;国外比方2011年日本冈山大学Masahiro Kazahaya，在科里奥利质量流量计根底上树立一个数学模型进行差错剖析，2012年荷兰特文特大学对微科氏质量流量传感器进行了优化研讨。使用单片机结合微核算技能与丈量技能，组成智能化的丈量外表，可以处理许多传统外表不易完结的难题，一起可以简化外表电路、进步可靠性、加速新产品开发速度。比方2014年水兵潜艇学院的王宗亮，规划了一种V型气体流量计，使用单片机对气体的温度、压差和压力进行丈量与换算后显现气体的流量。本文研讨的散体流量计亦是依据单片机(SCM)技能，完结散状固体的在线丈量，可以为后续使用中的流量巨细操控供给根底，规划要点从传统模仿规划思路转向单片机模块化、单片机程序智能化开发和低功耗等规划的新思路。
1 流量计的整体结构与作业原理
流量计首要以科氏力散体流量丈量安排、转矩传感器、转速传感器和电动机为首要硬件的检测体系，如图1。当图1中丈量安排的应变电桥电路检测到直接的流量信号，传输给集成扩大器，然后将弱小电压信号扩大，再经A/D转化，最终由单片机完结数据处理、核算，最终用数码管显现。
2 流量计硬件体系的规划
散体微粒在以某角速度滚动的圆盘中除遭到离心力及冲突力外，还有垂直于其运动方向的科氏力，实践中要丈量该力的反力矩，即为作用于驱动轴的力矩M为：
式中为测盘受力矩，Q为散体流量，ω为测盘角速度，r1、r2为叶片内半径、外半径。由式(1)可知，M与Q成正比。散体流量计的硬件体系首要由科氏力散体流量丈量安排、电动机、转矩传感器、转速传感器等组成。散体流量丈量安排首要由传动轴、导流锥和测轮3个中心零件组成，下面别离核算与规划它们的尺度。
2.1 科氏力散体流量丈量安排
1)轴的规划。规划中假定滚动轴需求接受16 000 N·mm的额外转矩，资料选用40，且传动轴只受扭矩。依照改变强度条件来核算，验证转轴直径是否满意强度条件：
式中：τmax为转轴最大剪应力，WP为抗扭截面模量，T为轴所受最大转矩，D为实心转轴直径。由机械规划手册，轴的许用改变剪应力为35～55 MPa，这儿选较小值[τ]=34 Mpa，由(3)式得轴径巨细约为13.3 mm，取20 mm。轴右端开有键槽，与电动机相连，轴径D：
2)测轮的规划。使用测轮遭到散体颗粒的科氏反力矩来直接核算散体流量，它的尺度如图2所示，其间1是导向叶片、2是转向设备、3是驱动轴。
3)导流锥的规划。锥形导流体使用内螺纹与轴相连，在导流锥上部打了一个横向圆形通空，使用杆柱操控导流锥，如图3。
2.2 转矩的丈量
轴转矩的丈量选用应变型转矩传感器，将被测转矩传递到弹性元件上，依据其物理参数改变来丈量转矩。在扭矩轴上，应变片组成差动全桥，要求输出电压正比于改变轴所受的矩：
式中，U0为电桥输出电压，u为电源电压，k为应变片活络系数，μ为泊松系数，E为弹性模量，Wn为抗扭截面模量，M为所受扭矩。由已知k=2，u=5v，Wn=7.85×10-7。查表得：μ=0.28，E=210x109pa当Mmax=16Nm时，U0≈1.25×10-3v，在应变答应范围内得：
2.3 转速传感器的选用
选用SZGB-6型光电转速传感器，它具有丈量间隔长、不受光线搅扰，输出电平适应性好，能与各种数字显现仪配套和接口电路联接。光源光束照射到光敏元件上，接纳反射回来的光束，被测器材接连旋转，每旋转一周光束扫过光敏元件一次，光敏元件就会发生一次脉冲信号，记载脉冲信号的频率或周期，就可核算回转轴的转速。
2.4 电机的选用
由前面知安排作业最大转矩为16 N·m，最大转速设为1 250 r/min，求得电动机所输出功率为2.15 kW。归纳发热、过载和发动等要素，依据电动机输出功率选用YCT160 —4B变频电动机。
2.5 整体安装结构
硬件还需求散体物料的进料、出料等配套设备，图4为该流量计的三维作用。
3 流量计信号接纳与显现体系的规划
流量计后续的信号接纳与显现体系首要由A/D转化器、整流扩大器、单片机、数码二极显像管和软件部分等组成。单片机是体系中心，选用单片机AT89C51作为主操控器，它完结信号收集、核算和显现的和谐作业。
3.1 扩大电路
整流扩大选用AD624芯片，由体系中直流电桥输出0～1.25 mV的信号，信号处理板输入端为0～5 V的信号，扩大倍数设为4 000倍。假如选用芯片内预设置增益，其扩大倍数不在内设增益档位，须经过外部电阻器设定增益值，其阻值RG=40 kΩ/(G-1)，当扩大器增益G为4 000，RG≈10 Ω。为到达杰出作用，在脚3与16之间衔接低温度系数精细电阻器RG。
3.2 A/D转化
选用伟福单片机的ADC0809，电位器供给模仿量输入，编制A/D转化程序，模仿量转化为二进制数字量后.经过P1口输出到LED发光二极管显现。因为0809芯片没有片选信号输入端，因而有必要经过时序剖析。编写并履行程序，旋动试验体系上的电位器，调查LED状况改变。在正常作业中，ADC0809的分辩率为5 v/(256-1)，这儿即为19.6 mv。当传感器接受16 N·m的载荷，扩大器输出为5 V，对应载荷为16 N·m/5 000 mV=0.003 2 N·m/Mv，ADC0809的分辩才能为19.6 mV×0.003 2 N·m/mV=0.062 72 N·m。
3.3 数码管显现
该显现电路以AT89C51为中心，外接一个锁存器SN74LS373N，再并联一排电阻，最终与数码管相连。A/D转化后的丈量数据，先滤涉及软件补偿，然后转化为BCD码送到操作面板在线显现。图5所示为由单片机体系组成的4位LED动态显现电路。
4 丈量体系使用程序的开发与仿真
经过Proteus画原理图;在Keil uVision软件编写程序，运转程序，完结丈量功用。这儿选用Keil Cx51言语编译器，经过uVision3开发渠道编写使用程序。丈量体系的使用程序包含主程序模块、显现模块、外部中止模块等，流程如下图6所示。在主程序中首要对体系初始化，一起安排调用各子程序，按预订要求完结操控功用;显现模块，对所测的流量值进行显现;外部中止模块，要呼应单片机的外部中止INT1，在体系运转过程中，经接纳检测电路发生外中止信号传至单片机。软件仿真精度有限，并且不可能一切的器材都找得到相应的仿真模型，用开发板和仿真器是比较好挑选。这样的仿真试验，从某种含义上讲，是弥补了试验和工程使用间脱节的现象。
5 流量计的测验与数据剖析
前面从理论上推导了转矩与电信号之间的联系，由上式(1)和式(5)得：
这就得到了流量与电信号之间的正比联系。其间，是转速传感器所测得的实践转速，r为测轮半径0.2 m。电动机的转速n=1 000 r/min，即有Q=3.056x103U0，当最大扭力矩为16 N·m时，Q=3.82 kg/s。在试验中，以Q=GL/ωr2为外表输入的真值，所得试验数据如下表1所示。在上面的试验中看到，小于0.10 N·m的力矩无实践使用含义，流量计不能有用丈量。表2中丈量值与流量真值之间的差值即为丈量差错，取0.2～16 N·m量程范围内63个数值进行整理得差错样本均值和样本方差值。表1中的数据为流量计丈量差错整体的一个样本，丈量差错X在规划量程范围内满意要求。
6 定论
研讨开发的散体流量计已到达预期方针和规划要求，其差错除个别值外均处于2%以下，丈量精度的一致性较好，特别是流量较大时精度较高，关于直径较小的散体可以完结高精度的实时丈量;因为散体物料与测轮间的冲突或散体间的冲突对丈量几乎没有影响，抗外界搅扰才能强，丈量精度比较高，特别是短期精度在10 s内精度可达1%以内，具有杰出的介质动态适应性;它的运动部件结构简略，具有使用方便、日常保护作业量小等长处，在工业操控、动力计量和粮食生产等职业中有广泛使用价值。
