引言
能源计量中存在着大量的流量检测仪表，设计中采用涡街流量计对现场流量进行计量，结合温度和压力传感器，组成流量温压补偿系统。由于工况现场的复杂性，被测信号常常被大量噪声干扰所淹没，设计时对涡街流量信号进行了预处理。并引进压缩系数z对流量数学模型进行修正以提高计量度。该系统具有友好的人机界面，对介质进行实时温压补偿计算，并可提供RS485远程传输的功能和数据存储。
1 涡街流量信号预处理
使用频谱分析法 把信号从时域转换到频域，用能量的角度分析信号。通过对信号中各个频率分量在频域上幅值的比较判别出涡街频率，再通过Q=f×3600/K算出流量值。原理框图见图1。
2 系统硬件设计
文中设计的流量积算仪硬件部分主要包括$3C44BOXI6 主控模块、模拟信号输入和脉冲流量信号

输入、键盘与显示电路、数据的存储与读取电路、数据的串行通信与流量信号的再发送电路 ，系统的硬件设计结构见图2。
ARMT芯片S3C44B0X芯片具有丰富的片上资源，包括：带8kB的高速缓冲器；1通道多主IIC总线控制器；两通道URAT（带有握手协议，支持IrDA1.0，具有16一ByteFIFO）；看门狗定时器和带PLL的片内时钟发生器；8通道10位ADC输入和71个通用的I/O端口；带日历功能的实时时钟（RTC）等，可满足系统的设计要求并能简化系统的硬件电路，提高系统的稳定性。

流量传感器（温度、压力传感器）送人0～10 mA或4～20 mA模拟信号到芯片的模拟输入端，为了尽量的简化硬件电路且考虑到仪表的输入误差为满量程的±0.1％ ，数据采集电路的设计中选取了一片16位高的A／D转换芯片ADSlll0与ARM微处理器的IIC接口相连。
流量变送器（传感器）传人频率流量信号，频率信号通过频谱分析获得，利用快速傅里叶变换FF1、算法将流量信号从时域转换为0—10 kHz的频率信号，它输出的频率流量信号通常是三角波、正弦波、矩形脉冲三种波形，在频谱图中涡街频率为幅值的频率。
$3C44BOX处理器内部有一个LCD控制器，使用时只需外接一个LCD模块即可满足显示的硬件需求，因此本系统具有良好的人机界面。通过主板自带键盘可人工置人参数实现各种查询及修改操作，如流量计仪表系数的现实、时间及流量上限的设置等；LCD采用大屏幕宽温度液晶屏且可显示中文字符，如当前的温度、压力、时问、瞬时流量、累积流量和电池电量等信息，并可满足野外环境使用。可按流体种类（如一般气体或蒸气）的不同，选用相应的补偿公式和不同工况参数对流量进行积算，以保证测量的准确性和。
本系统扩展了RS232和RS485串行接口，可与上位机进行数据通信；并扩展了以太网接口，组成能源计量网络和控制网络系统。扩展了一片16 MB的大容量FLASH存储器以满足更多信息的存储，可将记录的数据存放在仪表内部，实现人工调阅读，也可由计算机用通信的方法读取。FLASH中的数据和参数在断电情况下也可长期保存。
3 流量计算数学模型
密度运算是气体流量温压补偿的问题和难点所在，不同的流量传感器得到的流量数据类型不同，都要经过密度计算，并结合相应流量传感器的基本流量公式将流量数据装换成标准流量。
目前在线直接测量流体的工况密度难度很大，一般都是通过在线测量流体的工况温度和压力来间接获取流体密度，温度、压力变化会引起流体密度发生变化，检测工况温度和压力的目的就是为了计算密度，所以气体的流量温压补偿其实就是气体流量的密度补偿。
当输入信号分别为差压信号、线性信号和脉冲信号时对应的流量温压补偿模型也不同，下面分别分析3种不同的输入信号所对应的温压补偿数学模型。本系统使用的涡街流量传感器发出的信号是脉冲信号，因此将重点分析脉冲流量温压补偿系统的数学模型。

为流量系数，这里将k当成常数来看，△p为流量传感器输出的差压值，ρ为被测流体工况密度，Q为被测流体的工况体积流量，Qm为被测流体的质量流量。则式（1）可变为

2）输入为线性信号
① 一般气体
设QG为工况体积流量，Qn为标准体积流量，则经补偿后


式中p，为工况下的密度，ρf为标准状况下的密度。可将式（4）进行变换。有

② 蒸气
蒸气用质量流量Qm表示。ρf是通过查表法或公式法得到的在线温度、压力下的蒸气密度，则

式中f—流量计输入信号频率／Hz，K—脉冲系数
脉冲流量传感器可看成是线性方式传感器的特例。将Qv作为QG代人式（4）即可。
4）累计流量与瞬时流量之间的关系

Q——累计流量值；
dt——采样周期；
KT——累计倍率；
Ri——瞬时流量单位时间换算系数。
4 软件设计
程序的总体设计思路包括以下几个部分：初始化程序、键盘扫描程序、显示程序、数据处理程序、FLASH读写程序、中断处理程序。系统启动后，需要对全局变量、控制寄存器、输入输出端口和特殊功能寄存器进行初始化操作；通过循环扫描键盘来判断外部输入，以调用不用的菜单项显示内容，进入改写模式后可以对流量的补偿系数和参数进行修改，修改完成后调用FLASH存储程序，将修改好的参数值存入FLASH中；数据处理模块主要是对输入的频率信号和模拟信号的采样值进行运算，结合不同的工况参数和补偿系数计算出瞬时流量和累计流量的值；中断处理程序包括频率信
号输入程序、模拟信号输入程序、定时中断程序和数据发送程序，频率中断程序有中断的初始化程序和脉冲的计数程序组成，模拟输入的中断程序是嵌入到定时中断程序中的，每隔100 ms出发中断，进行模拟输入的采样，连续采样5次做平均值作为瞬时流量的采样值。数据发送程序是按照约定的通信协议与上位机进行数据传送。主程序的流程图如图3所示。
5 误差分析
仪表测量结果的不确定度评定：如果温度传感器的测量范围为-40～85℃ ，测量误差为0.5℃ ，约为0.7％ ；压力传感器误差为0.5％ ；表体误差取0.8％。
则系统总的不确定度可用下式计算

由上面温压补偿模型均是将一般气体近似理解为理想气体，忽略了压缩系数z变化带来的影响，而实际气体存在一定程度的湿度问题，蒸气传输过程中可能发生相变产生气液两相流，饱和蒸气存在干度问题，差压传感器C， 和d等参数都可能受到温度、流量等的影响而改变。因此气体流量检测仅采用动态温压补偿技术并不全面，要得到更高的检测应该考虑其他更全面的流量补偿技术。

6 结语
文中设计的基于S3C44BOX的流量积算仪除了具有在线进行压缩因子的计算补偿外，还具有存储、显示、计算等功能，适用于现场检测和远程传输的场合，该流量仪表工作科学化，智能化、成本较低，更具一定的市场竞争力，适应了当前工业现场的技术要求。