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
技術領域：
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：
熱式氣體流量計是基于早期熱線風速計的基礎上發(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，已廣泛應用于航空、航天、能源、醫(yī)學、汽車工業(yè)以及天然氣管道運 輸等行業(yè)。它的基本原理是基于加熱傳感元件的對流傳熱。當有氣體流過加熱 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。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 應用中非常廣泛。
恒溫熱式流量計一般采用兩金屬鉑電阻，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，導致電路調試過程比較復雜，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，電路比較復雜，而且運放的偏置電壓對測量結果有一 定的影響，導致測量誤差較大。 發(fā)明內容
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 算出當前鉑電阻的阻值，與設定工作溫度乙2下的電阻&2比較，并根據比較的結 果，通過電壓可控供電電路，調整鉑電阻的電流，使鉑電阻阻值達到設定值凡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 作溫度達到設定溫度7;,，即鉑電阻的阻值達到設定值A,，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《，
<formula>formula see original document page 4</formula>)
式中A、 B分別為常數，可通過流量標定實驗計算出。
本實用新型的有益效果在于
本實用新型結構簡單，以單一鉑電阻PT20作為測量元件，設計了氣體流量 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 定溫度，由兩個不同設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構示意圖； 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腳經電阻Rl接傳感器l輸出信號v; TLC2254的第1腳分別經電阻R7， R4接第5腳和第2腳；TLC2254的第2腳經電阻 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. 根據權利要求1所述的裝置，其特征在于低通濾波器采用TLC2254芯片。
3. 根據權利要求1所述的裝置，其特征在于信號放大器采用TLC2254芯片。
4. 根據權利要求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構簡單，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定溫度，并測出兩個不同設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