热式气体质量流量计的硬件设计总体结构-

　　热式气体质量流量计硬件按结构分总体上可分为三部分：流量计传感器、流量计控制器和上位机，这三部分的连接关系和总体效果如下图3.1 所示。其中，流量计传感器主要包括测温探头和测速探头；流量计控制器上面集成了信号调理电路、AD 转换器、运算控制器、显示器和变送器以及其它一些重要电路等部分；上位机主要是指运行在上位机上的通信监控软件。

　　热式气体质量流量计硬件按功能分大体上可分为：采样模块、运算控制模块以及通信模块。其中采样模块包括传感器的类型和安装方式、采样信号的前端处理、信号的选择和AD 采样等；运算控制模块的核心是微控制器，主要包括数据处理、控制、显示及一些模拟量输出等；通讯模块主要包括RS485 通信、HART通信等。整个系统硬件电路的原理框图如图3.2 所示：

　　热式气体质量流量计硬件系统的整体工作流程如下：采样部分由惠斯通桥式电路中的流量传感器得到与各点气体瞬时流量以及气体温度相对应的电压值，并先通过信号调理电路将采样电压值控制在适合AD 转换器工作的电压范围之内，再输入到AD 转换器中，为了提高系统的精度，要条件允许的情况下尽量选择高精度的AD 转换器。运算/控制模块主要负责处理由AD 转换器得到数字电压信号，经过算法处理后通过内部运算器计算出气体温度、瞬时流速、瞬时流量以及累积流量，显示在液晶显示器上。除此之外，微控制器还处理一些其它的数据（如时间信息、按键信息等）并作出相应的处理。通信模块的的作用主要是微控制器与一些外设及上位机之间的通信，工业常用的RS-485 通信虽然简单，却是与其它一些仪表通信兼容不可缺少的。同时本文还介绍了HART 协议，并基于HART 协议的通信原理对原有的通信模块进行了扩展，主要作用是在4~20mA 模拟电流信号上可以双向传输数字信号，大大增加了数据通信能力。