随着现代先进的制造工业以及科学研究发展的需要,为了能够更加方便、快捷、精确、有效的对生产和制造过程进行精准的操作和控制,通常会涉及到各种各样的介质,包括各类气体和液体。这些介质在实际应用中会有一些物理参数,如:温度、压力、流量等,其中,流量在生产和制造过程中是要进行测量和控制的重要参数之一。流量的测量和控制方法有两种,一种是测量介质的体积流量,一种是测量介质的质量流量。由于介质的体积受温度和压力等外界条件的影响会产生变化,导致测量和控制的精度较差,不满足先进制造业和高科技研究等领域的高精度要求,因此,一般采用质量流量的测量和控制方法。目前应用最广泛的是热式气体质量流量控制器,但是,该设备存在精度低、温飘大、响应速度慢等缺陷。为了克服热式气体质量流量控制器的缺点,本文基于差压式原理,对气体质量流量控制器进行了研究、设计与实现,本课题的主要研究内容包括以下几点:(1)硬件系统设计及实现硬件系统采用模块化设计的思想,主要分为四个部分:一是信号采集模块、二是运算模块、三是通讯模块、四是控制模块。信号采集模块包括三大主要传感单元,即差压传感、温度传感和绝压传感。该模块将三大传感单元获得的信号通过运算转换成流量信号,再将流量信号转换成电信号,最后经过信号的调整得到输出信号。运算模块对信号采集模块的输出信号进行分析和运算,得到瞬时气体质量流量,并通过信号输出线传输给二次显示仪表或上位机。通信模块主要的功能是与上位机进行通信。控制模块采用电磁调节阀门对流体的流量进行精确控制。气体质量流量控制器采用运算模块来对流量进行测量和控制,并选择AD7799芯片和以美国Cygnal公司生产C8051F020处理器作为核心部件。(2)软件系统设计及实现软件系统的设计根据各功能模块进行程序设计,涵盖了A/D转换功能、流量计算功能、控制功能、按键和显示功能、流量输出功能、通信功能,系统主要针对单片机部分进行软件部分的设计,其主要功能是实现数据采集、数据处理、数据运算及输入输出等功能。软件系统基于windows平台,采用美国Keil Software公司(ARM公司之一)出品的51系列兼容单片机--Keil C51,编程语言是C语言。(3)气体质量流量控制器的测试本文对研究对象的准确度、线性精度、重复精度三个参数采用了美国DHI公司生产的MOLBLOC和MOLBOX实验平台进行了参数测试,对研究对象的响应时间采用300MHz带宽之内的数字示波器进行了响应时间的测试,对研究对象的环境温度影响的测试采用温度试验箱测试平台进行测试。通过上述三个实验平台测试数据显示,本文所研制的气体质量流量控制器的性能指标达到了预期结果,满足设计要求。