專利名稱：半導(dǎo)體流速測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量流體流速的裝置。
現(xiàn)有流速測(cè)量裝置中，傳統(tǒng)的皮托管流速測(cè)量?jī)x精度差，響應(yīng)速度慢，重復(fù)性不好；激光、雷達(dá)多普勒流速計(jì)體積過(guò)大，價(jià)格昂貴；螺旋槳測(cè)速儀易受水中雜物的影響，穩(wěn)定性也較差；而熱絲法測(cè)速僅適于低速和實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。從WO91/03739號(hào)專利文件中闡述的“管道和隧道流速測(cè)量?jī)x”看，它也是利用差壓原理測(cè)量的，它用2個(gè)盤形元件和一個(gè)附加的壓力管作為傳感器的感受元件，使該流速儀結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，量值不穩(wěn)定。此外，目前使用的測(cè)速儀大多為指計(jì)式和刻度式，不便于儲(chǔ)存信息和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，很不適應(yīng)化工、醫(yī)藥、航運(yùn)、水文觀測(cè)、流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)、流量測(cè)量、水上體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的急需。
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)一般流速儀存在的諸多不足，利用現(xiàn)代高科技提供的小型和微型半導(dǎo)體壓阻元件，旨在提供一種新型半導(dǎo)體流速測(cè)量?jī)x。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種測(cè)量流體流速的裝置，由傳感器1、支管2、單片機(jī)4等組成，其流速傳感器1為壓阻式半導(dǎo)體差壓傳感器，傳感器1和單片機(jī)4之間用電纜3相連接，單片機(jī)4中IC2信號(hào)放大電路直聯(lián)到IC3模數(shù)(A/0)轉(zhuǎn)換電路，IC3的輸出端與液晶顯示的驅(qū)動(dòng)芯片和打印機(jī)驅(qū)動(dòng)電路相連。也可按需要安裝智能控制輸入、輸出電路，本實(shí)用新型中電纜3為屏蔽電纜。
下面參照附圖，詳述本實(shí)用新型的內(nèi)容。


圖1本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖圖2本實(shí)用新型流速傳感器電路原理圖圖3本實(shí)用新型單片機(jī)方框圖5為傳感器輸入接口，6為信號(hào)放大電路，7為模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路，3為顯示和打印電路圖4本實(shí)用新型單片機(jī)電路原理圖參照附圖，流速傳感器1為壓阻式半導(dǎo)體差壓傳感器，它以單晶硅為基體，在特定晶面，用集成電路工藝技術(shù)擴(kuò)散四個(gè)等值應(yīng)變電阻組成惠斯登電橋(即圖2中4個(gè)R組成的電橋)，當(dāng)流體(液體、氣體均可)靜止時(shí)，傳感器1不受動(dòng)壓作用，電橋處于平衡狀態(tài)，傳感器輸出電壓V0為零當(dāng)流體運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器1在流速方向就感受到一個(gè)動(dòng)壓作用，使得一對(duì)橋臂電阻變大為(R＋ΔR)，另一對(duì)變小為(R－ΔR)，電橋失去平衡，傳感器輸出電壓就為一個(gè)不為零的V0。根據(jù)流體力學(xué)原理和伯努利方程，流體的動(dòng)壓與流速的平方成正比，所以，只要對(duì)傳感器1輸出的信號(hào)V0(即流體的動(dòng)壓參量)進(jìn)行檢測(cè)，就可準(zhǔn)確地測(cè)出流體的速度。
本實(shí)用新型裝置具體的檢測(cè)過(guò)程是這樣的單片機(jī)4開(kāi)機(jī)后，通過(guò)電纜3供給傳感器1一個(gè)電壓Vg，傳感器1處于工作狀態(tài)，當(dāng)流體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，傳感器1的輸出V0為零，單片機(jī)4的顯示屏上流速的讀數(shù)也為零當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，這時(shí)傳感器1上就輸出一個(gè)不為零的電壓V0，V0經(jīng)過(guò)電纜3傳輸至單片機(jī)4，按圖3方框圖所示，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換，直接在顯示屏上顯示出流速的數(shù)值讀數(shù)。
圖4中，CPU(80C31)為中央處理機(jī)，RAM(62256)為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。IC1、C2、組成負(fù)電壓轉(zhuǎn)換電路。IC為CMOS電壓轉(zhuǎn)換芯片，當(dāng)C1＝C2＝C時(shí)，電路輸出陽(yáng)抗由 而定。這里f＝5KHZ。因此，輸出陽(yáng)抗由C值唯一確定。該電路用于為運(yùn)放IC2(7650)提供負(fù)電源，還經(jīng)R10、R11到A/D器件IC3(7109)的INLO引腳作為模擬信號(hào)低端輸入。
IC2為斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器，該芯片含主放大器A1和校零放大器A2、C3和C1為存貯電容。在內(nèi)部時(shí)鐘控制下，采樣和校零不斷交替進(jìn)行，C3和C4各自存放A2的信號(hào)輸出電壓和誤差電壓，分別送給主放大器A1、和校零放大器A2的校零輸入端，使失調(diào)電壓及溫漂極小，共模抑制比很大，達(dá)到有效放大傳感器輸出信號(hào)的目的。該電路為同相放大電路，傳感器的輸出信號(hào)與a1連接，傳感器地與a3連接，經(jīng)放大電路放大后，輸出到IC3的模擬信號(hào)高端輸入INHI。
IC3為雙積分式A/D轉(zhuǎn)換芯片，將IC3的MODE腳接地，使其工作于直接輸出工作方式。將RUN/HOLD接+5V，這樣IC3可進(jìn)行連續(xù)轉(zhuǎn)換，將STATUS線與CPU芯片的INTO相連，每完成一次轉(zhuǎn)換便向CPU發(fā)送一次中斷請(qǐng)求信號(hào)，并通過(guò)IC4芯片Y6、Y7腳輸入IC3的HBEN、LBEN腳，作輸出的輸助選通信號(hào)。IC3將傳感器1輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并經(jīng)80C31處理后，通過(guò)B1B2B3B4送入液晶顯示的驅(qū)動(dòng)芯片，完成液晶顯示。存貯器RAM與CPU的總線口相連，完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。
圖4中，IC4(138)為譯碼芯片，OSC為石英晶振，C6、R13分別為集成電容和集成電阻，C8為參考電容，電位器R7用于調(diào)節(jié)參考電壓，電位器R12用于零點(diǎn)調(diào)整。
本實(shí)用新型中所屬高檔的流速儀中，單片機(jī)4上還可增加存儲(chǔ)打印、數(shù)據(jù)處理和智能控制等多種功能，可按需要打印出流速數(shù)據(jù)和表格，也可接需要編程，當(dāng)流速達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，進(jìn)行報(bào)警或發(fā)出指令給外圍的調(diào)控器，實(shí)現(xiàn)對(duì)與流速有關(guān)的設(shè)備和生產(chǎn)工藝過(guò)程的智能控制，使本實(shí)用新型裝置方便地與主控制室的大型計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，有助于實(shí)現(xiàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化和無(wú)人化，保證安全生產(chǎn)和提高經(jīng)濟(jì)效益。
本實(shí)用新型既不同于汾丘里管(Venturitube)法，也不同于皮托管法，而是采用了獨(dú)特的用差壓測(cè)流速的方法，它把集感受、敏感和檢測(cè)三元件為一體的壓阻式傳感器1直接置于流體(空氣、液體均可)中，沒(méi)有中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，所以重復(fù)性和遲滯等誤差極??；同時(shí)，由于硅單晶的靈敏因子高，從而使流量計(jì)的靈敏度高，又由于硅單晶本身剛度很好，形變很小，保證了儀器良好的線性，因此綜合精度很高；此外，本實(shí)用新型流速儀具有壓阻傳感器和單片機(jī)的雙重特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，體積小、重量輕，全裝置中無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，無(wú)磨損，工作頻率高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，工作可靠，壽命長(zhǎng)，互換性好，便于生產(chǎn)各量程的系列產(chǎn)品，傳感器1的輸出較大，易于計(jì)算機(jī)連接?？傊緦?shí)用新型可廣泛應(yīng)用于化工，醫(yī)藥、航運(yùn)、水文、氣象、流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)、流體流量測(cè)量、水上體育運(yùn)動(dòng)等領(lǐng)域，是一種頗有發(fā)展前的景數(shù)字化、微型化、集成化、智能化流速測(cè)量?jī)x
權(quán)利要求1.一種測(cè)量流體流速的裝置，它包括傳感器(1)、支管(2)、單片機(jī)(4)，其特征是，流速傳感器(1)為壓阻式半導(dǎo)體差壓傳感器，傳感器(1)和單片機(jī)(4)之間用電纜(3)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是單片機(jī)(4)中IC2信號(hào)放大電路直聯(lián)到IC3模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路，IC3的輸出端與液晶顯示的驅(qū)動(dòng)芯片和打印機(jī)驅(qū)動(dòng)電路相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是電纜(3)為屏蔽電纜。
專利摘要一種測(cè)量流體流速的裝置，由支管、壓阻式半導(dǎo)體差壓傳感器、單片機(jī)組成，傳感器和單片機(jī)之間用電纜相連接，單片機(jī)中安裝有信號(hào)放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字顯示等電路它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、耗能少、工作頻率高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，靈敏度高、精度好，工作可靠，易與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，可廣泛應(yīng)用于化工，醫(yī)藥、航運(yùn)、水文氣象、流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)、流體流量測(cè)量、水上體育運(yùn)動(dòng)等領(lǐng)域，是一種數(shù)字化、微型化、集成化、智能化的流速測(cè)量?jī)x。
文檔編號(hào)G01F1/34GK2230916SQ9420925
公開(kāi)日1996年7月10日 申請(qǐng)日期1994年4月16日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月16日
發(fā)明者方青, 黃勝初, 黃松濤, 方曲靜 申請(qǐng)人:方青, 黃勝初