一种新的环形管结构模型被用于研究多相流流量的测量。该模型采用了一个多圈环形管使流过的流体产生强迫旋流，并在环形管的不同位置安装差压传感器。通过实验确定环形管不同位置内外侧差压ΔP与多相流总流量之间的关系，进而研究气水两相流或油水两相流在不同相含率时环形管流量系数的变化趋势，并总结出环形管流量系数经验公式。由于该环形管有多个差压信号测点，如果采用人工读数，则多个测点结果的读取时间将存在明显差异[1]，这种差异对稳定的单相水流量试验来说应该没有太大问题，但在针对多相介质的流量试验中，由于要读取的数据多，而且信号变化快，采用人工读数来记录多点差压值将会严重影响流量试验结果的可信度[2]。针对上述问题，我们为该多圈环形管设计出一个多点差压信号的自动采集系统，用来测量并记录各点的差压值，以供后续的数据分析和数据处理使用。
1 环形管流量计差压测点的分布
所使用的多圈环形管流量计是一个两圈环形管，管道内径D为50mm，环形管半径R为250mm。环形管结构如图1和图2所示[3]。
在环形管的水平直径方向，设置两对差压取压口，分别位于下降段（与流体进口方向成270°）和上升段（与流体进口方向成450°），如图1中ΔP1、ΔP2所示。两个取压口位于环形管内外侧同一水平高度上，各通过一个信号管与一个差压变送器相连。
环形管进出口环的上端截面（如图1中A-A截面）和下端截面（如图1中B-B截面）处开设取压口，各通过一个信号管与一个差压变送器相连接，分别测量环形管进口上升段的差压ΔP3和出口下降段的差压ΔP4，如图2所示。
2 硬件电路设计
将环形管安装在水流量试验装置上，4个差压取压口分别连接4个差压变送器，变送器分别采用西安西仪集团的1151DP远传型差压变送器和浙大中控自动化仪表有限公司的SupfieldSP1151差压变送器，其测量的差压范围为0~16kPa，输出为4~20mA二线制工业标准电信号。4路差压输出信号经CD4051八选一模拟开关送至A/D转换器。A/D转换器选用ICL7135，它是一种四位半的双积分A/D转换器，具有精度高（精度相当于14位二进制数）、抗干扰能力强等优点，其基准电压由精密电压基准源MC1403经精密电阻分压后获得.微处理器则采用AT89S52，其内置256字节的RAM、8K字节的Flash、32个I/O口、3个16位定时/计数器、8个中断源、一个全双工串行口、看门狗定时器、双数据指针、片内振荡器和时钟电路，并支持ISP在线编程功能，便于程序的修改和升级[4]。
AT89S52在这个系统中完成的主要功能是：定时控制多路开关的切换，完成对四个通道差压数据采集；通过网络通讯串行口向上位机传送所采集到各个通道的差压数据，由上位机进行显示和存储.电源模块分别输出+24V，-5V，+5V；+24 V供差压变送器使用，-5V供A/D转换器使用，+5V供其他芯片使用。系统的硬件总体框图如图3所示。
ICL7135的A/D转换结果输出是动态的，因此需通过74LS157和8155与AT89S52连接，74LS157为4位2选1数据多路开关。AT89S52的晶振频率为12MHz，8155定时器输入时钟频率为2MHz，经16分频后定时器输出为125kHz方波作为ICL7135的时钟脉冲。
3 单片机软件设计
软件设计采用模块化设计方法，按功能分为三个模块。
3.1 主程序模块
主程序主要完成对系统硬件电路的初始化，设置堆栈指针、串行口、T0、T1工作方式、8155初始化、CD4051初始化等.主程序模块负责管理和调用各子模块。
3.2 数据采集模块
该模块完成对数据的采集与处理，中间调用了数字滤波子程序、数据转换子程序、字形转换及显示子程序等。
系统数据采样模块框图如图4所示。
系统上电即执行初始化程序.当操作员按下采样键执行数据采样模块.从00~03通道间隔0.2s采集每个通道的5个值。调用滤波子程序得到平均值，再通过数据转换子程序分别送到8155RAM 区，通过字形显示子程序显示各通道检测到的数据。每采集完一个周期后，89S52单片机通过MAX232接口查询PC机有无通信命令，有则响应，无则继续采集数据。该程序一直按框图流程循环执行，直至意外掉电或强制复位后，才能终止数据采集。
3.3 数据通信模块
数据通信模块流程图如图5所示。
4 上位机程序设计
PC机的上位机程序包括如下功能模块：与采集器通信、数据筛选、数据分析与处理和存储到数据库等。程序流程图如图6所示。程序设计所完成的主要模块为其中的串行通信模块和数据库访问模块。
4.1 串行通信程序实现
通信功能的实现通过通信控件MsComm来实现的.通过该控件的Commport属性来设置COM口，并用Settings属性来设置通信的波特率。具体设置为：MsComm1.Settings=“4800，N，8，1”，即设置通讯口波特率为4800bps，无奇偶校验位，8位数据位，1位停止位[5]。通信由事件OnComm驱动，完成数据传递。程序示例一给出读取采集器数据时的串行通信程序片段。
程序示例一：
Private Sub Comml_OnComm （）
Dim av AS Variant
select Case Comm1.CommEvent
Case comEvReceive
Dim i%，Buf$
av=Comm1.Input
For i=LBound（av）To UBound（av）
连接后第一次读取通道号为1的数据
If counterI=0&&If（Hex（av（0））=1）Then
Buf=Buf+Right（”0”& Hex（av（i）），2）
counterI=1
End if
Next i
End Select
End Sub
4.2 数据库访问的实现
采集到的数据，可以通过手动和自动两种方式存储到数据库。所使用的数据库管理系统为Microsoft Access数据库.程序对数据库的访问，通过ADODC控件实现。程序示例二给出保存数据到数据库的程序片段。
程序示例二：
Private Sub CommandSave_Click（）
On Error GoTo errl
增加一条记录
Adodc2.Refresh
With Adodc2.Recordset
AddNew
存储采集到的四个通道的数据
. Fields（”meter_1”）=readValueSingle（1）
. Fields（”meter_2”） =readValueSingle（2）
. Fields（”meter_3”）=readValueSingle（3）
. Fields（”meter_4”）=readValueSingle（4）
. Fields（”save_date”）=Date+Time（）
存储时间、液体流量、气体流量、标准压力
. Fields（”memo”）=Text1.Text
. Fields（”qq”）=Text2.Text
. Fields（”pressure1”）=Text3.Text
. Fields（”pressure2”）=Text4.Text
. MoveLast
. Update
End W ith
End Sub
5 结束语
该自动采集系统的设计为环形管流量计的数据采集、存储和分析提供了很大的便利，克服了原先采用人工读取差压值并手动记录的缺点，并在实际应用中取得了满意的结果。
由于该系统主要是用于采集并记录差压信号，从而分析环形管不同位置内外侧差压ΔP与多相总流量之间的关系，故硬件电路中没有设计存储功能；在通过试验确定差压ΔP与多相总流量的关系之后，可增加此项存储功能。
[参考文献]
[1] 梁国伟，郑建光，毛碧颖，等.环形管流量计不同测点位置的信号分析及误差估计[J].中国计量学院学报，2005，16（1），l3-l6.
[2] 梁国伟.差压式流量计测量误差的经验估计[J].计量技术，2000（5）：23-25.
[3] 梁国伟，蔡武昌.流量测量技术与仪表[M].北京：机械工业出版社，2002.
[4] 何立民.单片机应用系统设计[M].北京：航空航天大学出版社，1998.
[5] 李朝青.PC机及单片机数据通信技术[M].北京；航空航天大学出版社，2000.
