專利名稱：一種基于單傳感器的熱式氣體流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種熱式氣體流量計，尤其是基于單傳感器的熱式氣體流量計。
背景技術(shù)：
熱式氣體流量計是基于早期熱線風(fēng)速計的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型氣體 流量檢測儀表，具有壓損低，流量范圍大，精度高，無可動部件及低流量測量 等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于航空、航天、能源、醫(yī)學(xué)、汽車工業(yè)以及天然氣管道運 輸?shù)刃袠I(yè)。它的基本原理是基于加熱傳感元件的對流傳熱。當(dāng)有氣體流過加熱 元件表面時，會帶走一部分熱量，引起電阻阻值的變化，這個變化量與氣體的 流量和溫度有關(guān)。目前，熱式氣體流量計按照傳感器的電路工作模式分為恒流 式和恒溫式。恒溫式測量電路具有易于使用，頻帶寬，低噪聲等優(yōu)點，在實際 應(yīng)用中非常廣泛。
恒溫?zé)崾搅髁坑嬕话悴捎脙山饘巽K電阻，分布在一個惠斯頓電橋的兩臂，分 別用于測量流體的溫度(溫度傳感器)與流體的速度(流量傳感器)。測量電 路中通過運算放大器形成負反饋，保證流量傳感器的工作溫度恒定。溫度傳感 器用于測量流體的溫度，實現(xiàn)對流量測量的溫度補償。由于溫度補償電阻的非 線性以及電阻之間的差異，導(dǎo)致電路調(diào)試過程比較復(fù)雜，在一定程度上影響了 測量的精度。雖然國外提出了基于單傳感器的溫度補償方法，但是測量過程需 要切換電橋橋臂的電阻，電路比較復(fù)雜，而且運放的偏置電壓對測量結(jié)果有一 定的影響，導(dǎo)致測量誤差較大。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種基于單傳感器的熱式氣體流量計，以提高測量 精度，降低生產(chǎn)成本。
本實用新型的基于單傳感器的熱式氣體流量計，包括由電阻和鉬電阻PT20 連接成分壓電路構(gòu)成的傳感器、放大器、低通濾波器、單片機和電壓可控供電 電路，傳感器的輸出電壓信號v經(jīng)放大器放大后與低通濾波器的輸入端相連， 低通濾波器的輸出端與單片機的AD采樣接口相連，單片機的PWM端口與電壓 可控供電電路的輸入端相連，電壓可控供電電路的輸出端與傳感器的輸入端相 連。
工作原理如下工作時將鉑電阻PT20放入測量管道的幾何中心，傳感器輸出的電壓信號v 經(jīng)放大器放大、低通濾波器濾去高頻信號后，輸入單片機的AD接口，單片機計 算出當(dāng)前鉑電阻的阻值，與設(shè)定工作溫度乙2下的電阻&2比較，并根據(jù)比較的結(jié) 果，通過電壓可控供電電路，調(diào)整鉑電阻的電流，使鉑電阻阻值達到設(shè)定值凡2， 并測量鉑電阻的電壓U2。然后，單片機通過電壓可控供電電路，控制鉑電阻的工 作溫度達到設(shè)定溫度7;,，即鉑電阻的阻值達到設(shè)定值A(chǔ),，并測量鉑電阻的電壓 U"最后，單片機按式(1)計算出氣體的流量《，
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式中A、 B分別為常數(shù)，可通過流量標(biāo)定實驗計算出。
本實用新型的有益效果在于
本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，以單一鉑電阻PT20作為測量元件，設(shè)計了氣體流量 測量電路，在無額外補償電阻的情況下，通過控制鉑電阻工作在兩個不同的設(shè) 定溫度，由兩個不同設(shè)定工作溫度下鉑電阻的輸出電壓計算出氣體的流量，消 去了氣體溫度對流量測量的影響，提高了測量精度，減低了生產(chǎn)成本。實驗表 明，采用本實用新型測量氣體流量精度可達1%，流量量程比近100: 1。


圖1是基于單傳感器的熱式氣體流量計結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是基于單傳感器的熱式氣體流量計一種具體電路實例。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖進一步說明本實用新型。
參照圖1，基于單傳感器的熱式氣體流量計包括由電阻R和鉑電阻PT20連 接成分壓電路構(gòu)成的傳感器l、放大器2、低通濾波器3、單片機4和電壓可控 供電電路5，傳感器1的輸出電壓信號v經(jīng)放大器2放大后與低通濾波器3的輸 入端相連，低通濾波器3的輸出端與單片機4的AD采樣接口相連，單片機4 的PWM端口與電壓可控供電電路5的輸入端相連，電壓可控供電電路5的輸出
端與傳感器1的輸入端相連。
圖2是基于單傳感器的熱式氣體流量計一種具體電路實例，圖例中，信號放 大器2采用TLC2254芯片。TLC2254的第3腳經(jīng)電阻Rl接傳感器l輸出信號v; TLC2254的第1腳分別經(jīng)電阻R7， R4接第5腳和第2腳；TLC2254的第2腳經(jīng)電阻 R3與R6和R5的連接點相連，電阻R5的另一端接3V,電阻R6的另一端接地；
《=TLC2254的第4腳接3V; TLC2254的第6腳經(jīng)電阻R8接地；TLC2254的第7腳通過 電阻R9與第6腳相接；TLC2254的第11腳接地；TLC2254的第7腳為放大信號的 輸出端，與低通濾波器3相連。
低通濾波器3采用TLC2254芯片。TLC2254的第10腳經(jīng)電阻R10、 Rll、 R12 接放大器2中TLC 2254芯片的第7腳；電阻RU和R12的連接點與電容C6的一端相 連，電容C6的另一端接地；TLC2254的第4腳接3V; TLC2254的第11腳接地； TLC2254的第8腳經(jīng)電容C5與R10和R11的連接點相連；TLC2254的第9腳與第8 腳共同接單片機4的AD輸入端口 。
單片機4采用MSP430F435芯片。單片機的第1、 52和80腳接3V，第53、 78和79腳接地；單片機第8腳與電容C1和晶振Y的一端相連，第9腳與晶振 Y的另一端和電容C2的一端相連；電容Cl的另一端與電容C2的另一端共同 接地；單片機第75腳為AD輸入端口；單片機第65腳為PWM輸出端口接電壓 可控供電電路5的輸入端；單片機的第52腳與電解電容CD1正極和電容C3的 一端相接；電解電容CD1負極和電容C3的另一端與單片機的第53腳相接；單 片機的第80腳與電解電容CD2正極和電容C4的一端相接；電解電容CD2負 極和電容C4的另一端與單片機的第78腳相接。
電壓可控供電電路5采用三極管MJD122。 MJD122的集電極接12V;基極接 單片機4的第65腳；發(fā)射極為傳感器供電。
權(quán)利要求1.基于單傳感器的熱式氣體流量計，其特征在于它包括由電阻(R)和鉑電阻PT20連接成分壓電路構(gòu)成的傳感器(1)、放大器(2)、低通濾波器(3)、單片機(4)和電壓可控供電電路(5)，傳感器(1)的輸出電壓信號v經(jīng)放大器(2)放大后與低通濾波器(3)的輸入端相連，低通濾波器(3)的輸出端與單片機(4)的AD采樣接口相連，單片機(4)的PWM端口與電壓可控供電電路(5)的輸入端相連，電壓可控供電電路(5)的輸出端與傳感器(1)的輸入端相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于低通濾波器采用TLC2254芯片。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于信號放大器采用TLC2254芯片。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于單片機為MSP430F435芯片。
專利摘要本實用新型公開的基于單傳感器的熱式氣體流量計，包括由電阻和鉑電阻PT20連接成分壓電路構(gòu)成的傳感器、放大器、低通濾波器、單片機和電壓可控供電電路。該熱式氣體流量計結(jié)構(gòu)簡單，以單一鉑電阻PT20作為測量元件，通過控制鉑電阻PT20工作在兩個不同的設(shè)定溫度，并測出兩個不同設(shè)定工作溫度下鉑電阻的輸出電壓，計算氣體的流量。采用本實用新型測量氣體流量無需額外補償電阻，消去了氣體溫度對流量測量的影響，提高了測量精度，減低了生產(chǎn)成本。實驗表明，采用本實用新型測量氣體流量精度可達1％，流量量程比近100∶1。
文檔編號G01F1/696GK201318958SQ200820167949
公開日2009年9月30日 申請日期2008年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月24日
發(fā)明者宋執(zhí)環(huán), 楊松迎, 梁國偉, 趙偉國, 黃震威 申請人:浙江大學(xué)