專利名稱：導(dǎo)電液體的電容式孔板流量測量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流量測量方法及裝置，尤其是涉及一種導(dǎo)電液體的電容式孔板流量測量方法及裝置。
背景技術(shù)：
在目前的流量技術(shù)中，人們已經(jīng)可以利用導(dǎo)電液體的各種效應(yīng)來測量液體流量，用于導(dǎo)電液體流量測量的方法和儀表的種類繁多。品種如此之多的原因在于至今還沒有找到一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量儀表。每種產(chǎn)品都有它特定的適用性，也都有它的局限性。渦流式、科里奧利式等流量計雖然精確度較高，但是這類流量計價格也較高昂。而其它典型的流量計如孔板式、細腰管式、噴口式、電磁式等，同樣有著很好的精度，能夠滿足測量需要，且有著結(jié)構(gòu)簡單、成本較低的特點，因而這些類型的流量計仍然常常為人們所使用。差壓法孔板流量計，主要利用流體通過銳孔的節(jié)流作用，使流速增大，壓強減小，造成孔板前后形成壓強差，將這個壓強差作為測量的依據(jù)。差壓法孔板流量計因為其設(shè)計簡單、成本較低，所以被廣泛應(yīng)用。但是這種帶差壓測量裝置的流量計會由于液體泄漏、隔膜材料彈性性能的改變、工藝流體的腐蝕性影響等原因而出錯，使測量結(jié)果不可靠。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服差壓法孔板流量計因帶有差壓測量裝置而帶來的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種導(dǎo)電液體的電容式孔板流量測量方法及裝置，不需要差壓測量裝置，而且結(jié)構(gòu)簡單、成本低、功耗少。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一、一種導(dǎo)電液體的電容式孔板流量測量方法:
采用置于絕緣測量管內(nèi)部的金屬孔板和套在絕緣測量管的金屬環(huán)組成一個集總電容；當導(dǎo)電液體流經(jīng)管道中的金屬孔板時，由于金屬孔板的節(jié)流作用，使導(dǎo)電液體流速增大，當導(dǎo)電液體流量大小不同時，經(jīng)過金屬孔板后導(dǎo)電液體的發(fā)散程度不同，因而金屬孔板與金屬環(huán)之間的電介質(zhì)隨流量大小變化而變化，由金屬孔板和金屬環(huán)組成的集總電容容量大小也就隨流量大小變化而變化，那么，所形成的集總電容的容量大小是通過絕緣測量管的導(dǎo)電液體的流量的函數(shù)；即=Cx=Cx (q)，通過對此集總電容進行測量，進而得出導(dǎo)電液體流量的大小。二、一種導(dǎo)電液體的電容式孔板流量測量裝置:
本發(fā)明包括轉(zhuǎn)換器和電容式孔板傳感器；其中:
轉(zhuǎn)換器，包括振蕩驅(qū)動電路、微小電容測量電路、放大器、整流濾波電路、跟隨器、430單片機和輸出顯示電路；振蕩驅(qū)動電路依次經(jīng)電容式孔板傳感器、放大器、整流濾波電路、跟隨器、430單片機與輸出顯示電路連接；
電容式孔板傳感器，包括絕緣測量管、金屬孔板和金屬環(huán)；金屬孔板放置在絕緣測量管內(nèi)，絕緣測量管外套有金屬環(huán)，金屬孔板和金屬環(huán)組成集總電容cx，集總電容Cx的一極接振蕩驅(qū)動電路LM741的第6腳進行激勵，另一極接微小電容測量電路，絕緣測量管的兩端面分別用法蘭通過各自的絕緣墊片或聚四氯乙烯塑膠片與系統(tǒng)管道相連接。所述的金屬孔板用不銹鋼螺釘垂直固定在絕緣測量管中，朝向?qū)щ娨后w出口端方向的金屬孔板中心孔邊緣為由小變大的錐形孔，絕緣測量管和金屬孔板之間用阿拉代膠密封，不銹鋼螺釘為集總電容Cx的一個電極，從不銹鋼螺釘上引出一根導(dǎo)線。所述的金屬環(huán)位于金屬孔板后的導(dǎo)電液體出口端方向，金屬環(huán)套在絕緣測量管夕卜，金屬環(huán)橫截面與絕緣測量管軸線垂直，金屬環(huán)為集總電容Cx w另一電極，從金屬環(huán)上引出一根導(dǎo)線。所述的振蕩驅(qū)動電路，以放大器LM741為核心，放大器LM741的第6腳輸出端經(jīng)電容式孔板傳感器與低功耗放大器LM124的第三路運算放大器0P07-3的第9腳相接。所述的微小電容測量電路，以低功耗放大器LM124的第三路運算放大器0P07-3為核心，采用交流激勵法，第三路運算放大器0P07-3的第9腳經(jīng)電容式孔板傳感器與放大器LM741的第6腳相接，電阻R9和電容C6并聯(lián)兩端分別接到0P07-3的第9腳和第8腳，第三路運算放大器0P07-3的第8腳與放大器INAlOl的第10腳相接，第三路運算放大器0P07-3的第10腳接地。所述的放大器與整流濾波電路，整流濾波電路以低功耗放大器LM124的第一路運算放大器0P07-1為核心，第一路運算放大器0P07-1的第3腳與放大器INAlOl的第8腳相接，第一路運算放大器0P07-1的第I腳與第二路運算放大器0P07-2的第5腳相接。所述的跟隨器，以低功耗放大器LM124的第二路運算放大器0P07-2為核心，第二路運算放大器0P07-2的第5腳與第二路運算放大器0P07-2的第I腳相接，第二路運算放大器0P07-20P07-2的第7腳與430單片機相接，再通過輸出顯示電路顯示輸出測量結(jié)果。所述的430單片機，采用msp430f5438，輸出顯示電路采用12864點陣帶漢字液晶模塊，低功耗放大器LM124是有四路運算放大器0P07的集成芯片。本發(fā)明具有的有益效果是:
本發(fā)明采用電容式孔板流量測量方法，它不需要差壓測量裝置，因而避免了差壓法孔板流量計會由于液體泄漏、隔膜材料彈性性能的改變、工藝流體的腐蝕性影響等原因而出錯的問題，而且電容式孔板流量測量方法結(jié)構(gòu)簡單、成本低、功耗少。


圖1是本發(fā)明電容式孔板流量測量傳感器結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明電容式孔板流量測量裝置結(jié)構(gòu)原理框圖。圖3是本發(fā)明微小電容測量電路原理圖。圖4是本發(fā)明的放大器與整流濾波電路原理圖。圖5是本發(fā)明跟隨器電路原理圖。圖6是本發(fā)明的振蕩驅(qū)動電路原理圖。
圖中:1、法蘭，2、金屬孔板，3、不銹鋼螺釘，4、導(dǎo)線，5、金屬環(huán)，6、絕緣測量管。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明包括轉(zhuǎn)換器和電容式孔板傳感器；其中:
如圖2所示，轉(zhuǎn)換器:包括振蕩驅(qū)動電路、微小電容測量電路、放大器、整流濾波電路、跟隨器、430單片機和輸出顯示電路；振蕩驅(qū)動電路依次經(jīng)電容式孔板傳感器、放大器、整流濾波電路、跟隨器、430單片機與輸出顯示電路連接；轉(zhuǎn)換器用于對電容式孔板傳感器的信號進行處理，并將處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成實際流量值進行顯示。如圖1所示，電容式孔板傳感器:包括絕緣測量管6、金屬孔板2和金屬環(huán)5 ;金屬孔板2放置在絕緣測量管6內(nèi)，絕緣測量管6外套有金屬環(huán)5，金屬孔板2和金屬環(huán)5組成集總電容Cx，集總電容Cx的一極接振蕩驅(qū)動電路LM741的第6腳進行激勵，另一極接微小電容測量電路，絕緣測量管6的兩端面分別用法蘭通過各自的絕緣墊片或聚四氯乙烯塑膠片與系統(tǒng)管道相連接。所述的金屬孔板2材質(zhì)為不銹鋼、鈦合金等耐腐材料，或孔板表面涂覆耐腐保護層，用不銹鋼螺釘垂直固定在絕緣測量管6中，朝向?qū)щ娨后w出口端方向的金屬孔板2中心孔邊緣為由小變大的錐形孔，絕緣測量管6和金屬孔板2之間用阿拉代膠密封，不銹鋼螺釘為集總電容Cx的一個電極，從不銹鋼螺釘(3)上引出一根導(dǎo)線4，以便進行電路連接。所述的金屬環(huán)5位于金屬孔板2后的導(dǎo)電液體出口端方向，金屬環(huán)5套在絕緣測量管6外，金屬環(huán)5橫截面與絕緣測量管6軸線垂直，金屬環(huán)5為集總電容Cx w另一電極，從金屬環(huán)上引出一根導(dǎo)線4，以便進行電路連接。根據(jù)物理學(xué)原理可知，改變電容傳感器兩極板間距離d、有效相對面積s或者極間介質(zhì)常數(shù)e，均可使該電容容量值發(fā)生變化。本發(fā)明的電容式孔板流量測量方法基于變介質(zhì)常數(shù)型電容傳感器的原理。由放置于絕緣測量管內(nèi)部的金屬孔板和與該孔板距離相近的環(huán)繞測量管的金屬環(huán)組成集總電容Cx。當導(dǎo)電液體流經(jīng)管道中的孔板時，由于孔板的節(jié)流作用，使導(dǎo)電液體流速增大。當導(dǎo)電液體流量大小不同時，經(jīng)過孔板后導(dǎo)電液體的發(fā)散程度不同，因而孔板與金屬環(huán)之間的電介質(zhì)隨流量大小變化而變化。于是，由孔板和金屬環(huán)組成的集總電容容量大小也就隨流量大小變化而變化。那么，所形成的集總電容的容量大小是通過測量管的導(dǎo)電液體的流量的函數(shù)。測量裝置安裝完成后，測量管材料、測量管直徑、孔板直徑、孔板與金屬環(huán)相對位置等因素確定。在外界環(huán)境溫度、外部電壓激勵等因素不變的情況下，集總電容Cx的大小只是流量q的函數(shù)，即:Cx=Cx(q)，利用Cx與流量q之間的函數(shù)關(guān)系來實現(xiàn)對導(dǎo)電液體流量的精確測量。這就是電容式孔板流量測量方法的理論基礎(chǔ)。如圖6所示，振蕩驅(qū)動電路以放大器LM741為核心，放大器LM741的第6腳輸出端經(jīng)電容式孔板傳感器與低功耗放大器LM124的第三路運算放大器0P07-3的第9腳相接。電阻R4端接放大器LM741的第3腳，另一端接地。劃線變阻器R3端接放大器LM741的第6腳，另一端接放大器LM741的第3腳。電阻R2電容C2并聯(lián)，一端接地，另一端接放大器LM741的第2腳。電阻Rl電容Cl串聯(lián)，一端接放大器LM741的第6腳，一端接放大器LM741的第2腳。放大器LM741第6腳輸出產(chǎn)生一個正弦交流電來驅(qū)動微小電容測量電路。如圖3所示，所述的微小電容測量電路，以低功耗放大器LM124的第三路運算放大器0P07-3為核心，采用交流激勵法，第三路運算放大器0P07-3的第9腳經(jīng)電容式孔板傳感器與放大器LM741的第6腳相接，電阻R9和電容C6并聯(lián)兩端分別接到0P07-3的第9腳和第8腳，第三路運算放大器0P07-3的第8腳與放大器INAlOl的第10腳相接，第三路運算放大器0P07-3的第10腳接地。微小電容測量電路通過一個頻率為f的穩(wěn)定正弦交流信號Vs(t)進行激勵，形成的結(jié)果是輸出電壓VJt)與Cx成正比例關(guān)系。如圖4所示，放大器與整流濾波電路原理圖，放大器INAlOl對微小電容測量電路的輸出電壓進行一級放大，放大器INAlOl的第9腳與正電源相接,放大器INAlOl的第6腳與負電源相接；正電源與放大器INAlOl的第9腳，負電源與放大器INAlOl的第6腳之間分別接一個高頻濾波電容。放大器INAlOl的第1、4腳之間接一個劃線變阻器R5來調(diào)節(jié)放大器的增益，放大器INAlOl的第10腳為負輸入端，放大器INAlOl的第5腳接地。放大器INAlOl的第8腳為輸出端。整流濾波電路以LM124第一路運算放大器0P07-1為核心，電阻R6 一端接放大器INAlOl的第8腳，電阻R6另一端接運算放大器0P07-1的第3腳，二極管D1、D2反向，一端接運算放大器0P07-1的第2腳，另一端接第一路運算放大器0P07-1的第I腳。第一路運算放大器0P07-1的第I腳通過電阻R7電容C5并聯(lián)接地。如圖5所示，所述的跟隨器，以低功耗放大器LM124的第二路運算放大器0P07-2為核心，第二路運算放大器0P07-2的第5腳與第二路運算放大器0P07-2的第I腳相接，第二路運算放大器0P07-20P07-2的第7腳與430單片機相接，再通過輸出顯示電路顯示輸出測量結(jié)果。所述的430單片機采用msp430f5438，輸出顯示電路采用12864點陣帶漢字液晶模塊，放大器LM124是有四路運算放大器0P07的集成芯片。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)電液體的電容式孔板流量測量方法，其特征在于:采用置于絕緣測量管內(nèi)部的金屬孔板和套在絕緣測量管外部的金屬環(huán)組成一個集總電容；當導(dǎo)電液體流經(jīng)管道中的金屬孔板時，由于金屬孔板的節(jié)流作用，使導(dǎo)電液體流速增大，當導(dǎo)電液體流量大小不同時，經(jīng)過金屬孔板后導(dǎo)電液體的發(fā)散程度不同，因而金屬孔板與金屬環(huán)之間的電介質(zhì)隨流量大小變化而變化，由金屬孔板和金屬環(huán)組成的集總電容容量大小也就隨流量大小變化而變化，所形成的集總電容的容量大小是通過絕緣測量管的導(dǎo)電液體的流量的函數(shù)；即:Cx=Cx (q)，通過對此集總電容進行測量，進而得出導(dǎo)電液體流量的大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法的一種導(dǎo)電液體的電容式孔板流量測量裝置，其特征在于:包括轉(zhuǎn)換器和電容式孔板傳感器；其中: 轉(zhuǎn)換器，包括振蕩驅(qū)動電路、微小電容測量電路、放大器、整流濾波電路、跟隨器、430單片機和輸出顯示電路；振蕩驅(qū)動電路依次經(jīng)電容式孔板傳感器、放大器、整流濾波電路、跟隨器、430單片機與輸出顯示電路連接； 電容式孔板傳感器，包括絕緣測量管(6)、金屬孔板(2)和金屬環(huán)(5);金屬孔板(2)放置在絕緣測量管(6)內(nèi)，絕緣測量管(6)外套有金屬環(huán)(5)，金屬孔板(2)和金屬環(huán)(5)組成集總電容Cx，集總電容Cx的一極接振蕩驅(qū)動電路LM741的第6腳進行激勵，另一極接微小電容測量電路，絕緣測量管(6)的兩端面分別用法蘭通過各自的絕緣墊片或聚四氯乙烯塑膠片與系統(tǒng)管道相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)電液體的電容式孔板流量測量裝置，其特征在于:所述的金屬孔板(2)用不銹鋼螺釘垂直固定在絕緣測量管(6)中，朝向?qū)щ娨后w出口端方向的金屬孔板(2)中心孔邊緣為由小變大的錐形孔，絕緣測量管(6)和金屬孔板(2)之間用阿拉代膠密封，不銹鋼螺釘為集總電容Cx的一個電極，從不銹鋼螺釘(3)上引出一根導(dǎo)線(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)電液體的電容式孔板流量測量裝置，其特征在于:所述的金屬環(huán)(5)位于金屬孔板(2)后的導(dǎo)電液體出口端方向，金屬環(huán)(5)套在絕緣測量管(6)外,金屬環(huán)(5)橫截面與絕緣測量管(6)軸線垂直,金屬環(huán)(5)為集總電容Cxw另一電極，從金屬環(huán)(5)上引出一根導(dǎo)線(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)電液體的電容式孔板流量測量裝置，其特征在于:所述的振蕩驅(qū)動電路以放大器LM741為核心，放大器LM741的第6腳輸出端經(jīng)電容式孔板傳感器與低功耗放大器LM124的第三路運算放大器0P07-3的第9腳相接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)電液體的電容式孔板流量測量裝置，其特征在于:所述的微小電容測量電路，以低功耗放大器LM124的第三路運算放大器0P07-3為核心，采用交流激勵法，第三路運算放大器0P07-3的第9腳經(jīng)電容式孔板傳感器與放大器LM741的第6腳相接，電阻R9和電容C6并聯(lián)兩端分別接到0P07-3的第9腳和第8腳，第三路運算放大器0P07-3的第8腳與放大器INAlOl的第10腳相接，第三路運算放大器0P07-3的第10腳接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)電液體的電容式孔板流量測量裝置，其特征在于:所述的放大器與整流濾波電路，整流濾波電路以低功耗放大器LM124的第一路運算放大器0P07-1為核心，第一路運算放大器0P07-1的第3腳與放大器INAlOl的第8腳相接，第一路運算放大器OP07-1的第I腳與第二路運算放大器0P07-2的第5腳相接。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)電液體的電容式孔板流量測量裝置，其特征在于:所述的跟隨器，以低功耗放大器LM124的第二路運算放大器0P07-2為核心，第二路運算放大器0P07-2的第5腳與第二路運算放大器0P07-2的第I腳相接，第二路運算放大器0P07-20P07-2的第7腳與430單片機相接，再通過輸出顯示電路顯示輸出測量結(jié)果。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)電液體的電容式孔板流量測量裝置，其特征在于:所述的430單片機采用msp430f5438，輸出顯示電路采用12864點陣帶漢字液晶模塊，低功耗放大器LM124是有四路 運算放大器0P07的集成芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種導(dǎo)電液體的電容式孔板流量測量方法及裝置。置于測量管內(nèi)部的金屬孔板和套在絕緣測量管外部的金屬環(huán)組成集總電容，此集總電容的容量與通過絕緣測量管導(dǎo)電液體的流量成函數(shù)關(guān)系，通過對此集總電容容量的測量，得出當前通過絕緣測量管導(dǎo)電液體的流量值。該裝置的振蕩驅(qū)動電路依次經(jīng)電容式孔板傳感器、微小電容測量電路、放大器、整流濾波電路、跟隨器、430單片機與輸出顯示電路連接。本發(fā)明不需要差壓測量裝置，因而避免了差壓法孔板流量計會由于液體泄漏、隔膜材料彈性性能的改變、工藝流體的腐蝕性影響等原因而出錯的問題，而且電容式孔板流量測量方法結(jié)構(gòu)簡單、成本低、功耗少。
文檔編號G01F1/36GK103175580SQ201310070578
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者劉鐵軍, 張光明 申請人:中國計量學(xué)院