CN100491931C - 一种流量检测装置 - Google Patents

Abstract

一种流量检测装置包括管体[G]、电磁感应线圈[L1]、电磁感应不锈钢加热筒[L2]、红外温度探头[S1和S2]、加热功率驱动器[H]、微处理控制器[MCU]。管体[G]沿轴向方向开设有一从大孔径通过台阶向小孔径过渡的带台阶的通孔，通孔的中心与管道轴线垂直相交，与第一红外温度探头[S1]嵌入大孔径中，小孔径比红外温度探头入射窗口略大；红外温度探头入射窗口指向管内；管体[G]的管壁上开设有相同结构的另一带台阶的通孔，第二红外温度探头[S2]嵌入此通孔；第一红外温度探头[S1]和第二红外温度探头[S2]的一对电压输出引脚和差分运算放大器的一对输入引脚相连，偏置电压引脚接电位器的输出端。本发明结构简单，准确度高，不受液体粘度、密度等性质影响，可用于微小流量的测量。

Description

一种流量检测装置

技术领域

本发明涉及一种流量检测装置，特别涉及工业、医疗、生化仪器中的细管道流量检测装置。

背景技术

在传统工业中，流量检测计结构复杂，所测的流量一般是大流量，多采用流体的力学原理。在微小流量检测方面，热检测法有很大的灵活性和优势，传统上通过检测温度来检测流量，主要方法是：

1、采用一个加热电阻元件，一个热敏电阻元件检测温度。液体的温升与流量成反比。流量大，液体温度低，流量小，液体温度高。因为管道的热传导会消耗一部分热量，不同浓度的液体热容量不同，这种方法显然难以保证高的精度。此种方法的一种改进是加热电阻和温度检测电阻简化为一个电阻，它同时具有双重作用。而且往往作为电桥的一个桥臂。但仍无法克服上述缺点。

2、另一类为了提高方法1的灵敏性，把一个测温电阻改为两个测温电阻，如欧洲专利局公布的日本专利JP10019621。原理如图6所示，采用自热方法，两个加热电阻同时也是测温电阻，两个电阻连接至电桥作为两个桥臂，当有流体流过时，两个热敏电阻的温度不同，把他们的温差信号转换成电信号，输出流量信号。流体流过会带来温差，但温差难以准确的反映流量，而且流体浓度、热容量的不同会带来较大的误差，流体的紊流以及电阻传感器的装配等因素，使流速和温差之间的关系带来太多的干扰因素，所以虽然该类传感器进行了诸多因素的修正仍难以有高的精度。

迅速发展的医药、生命科学仪器领域对微流体检测需要一种更加有效、结构简单、高精度的流量检测计。现有的流量计存在上述缺陷，未能满足医药、生命科学微流体检测的要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种结构简单、精度高的流量检测装置，更加适合微小流体、以及微流体芯片的流量检测。本发明适用于工业、医疗、生化仪器中的流量检测。本发明受流体种类、密度、热容量等因素影响不大，可直接使用，不需要标定。可以集成在微流体芯片内部，也可以单独作为器件串接于生化、医药等科学仪器中。

本发明采用测量温度不均匀的流体先后流过两个测温点的时间差，通过时间差来计算流速和流量的方法。为消除流体在流过两个测温点时难免出现的热传导、热扩散等干扰，本发明对来自两个温度探头的温度数据采用相关算法消除上述干扰以得到准确的结果。

相关算法在信号处理领域尤其对于运动信号的捕捉是一种非常有用的算法，它可以有效的识别出掺入一定噪声、发生了一定变化的某一信号。相关计算的公式：

R_T1T2(N)＝∑f_T1(n)f_T2(n-N)；     公式1

f_T1(n)，f_T2(n)是一对具有相似特性的离散序列信号，当R(N)取得最大值时的N的值，是f_T2(n)相对于f_T1(n)在序列上的滞后或超前值。

本发明采用信号处理中的相关算法，借助于微处理器(DSP)的高速计算性能来计算流量。而且对传感器的结构工艺要求大大简化和降低。为了采用这一有效算法，可首先用加热元件对流体变强度加热，使流过的液体处于温度不均匀状态，在流体中加入温度扰动信号。

为对流体产生热扰动，本发明采用密封性好的隔离感应加热方式，由电磁感应线圈和不锈钢加热筒对流体加热。加热方式是变强度的，包含了升温过程和降温过程，流体的温度变化曲线可为任意的随机函数曲线。

微控制处理器实时采集顺着流向方向有一定间距的两个红外温度探头的温度值T1、T2。对T1和T2进行互相关计算，计算出的互相关最大值对应的时间偏移值τ，即是流体流过两个温度探头所需要的时间。用两个红外温度探头之间的距离除以τ得到流速值。用流速值乘以管道的截面积得到流量值。

流量读数的输出可以是模拟和数字信号。

本发明主要包括管体、电磁感应线圈、电磁感应加热不锈钢筒、红外温度探头、加热功率驱动器、微处理控制器。

管体为管体[G]为等截面管道，用热、电不良导体材料(如有机玻璃或陶瓷)制成的细管，内壁光滑。电磁感应线圈绕在管体外液体的入端，沿轴向方向单层或多层绕制。电磁感应加热不锈钢筒是用不锈钢材料制成的一薄壁圆筒，圆筒内径与管体内径相同，从管体一端同轴心地嵌入在管体内。电磁感应加热不锈钢筒与外部电磁感应线圈沿轴向对齐，长度相同。不锈钢筒在电磁感应线圈产生的交变电磁场的作用下加热液体。电磁感应线圈工作在高频状态，一般为几十千赫。加热功率驱动器的作用是把交流输入整流为直流电，再逆变成一定功率的高频交流电(几十千赫)施加在电磁感应线圈两端。整流可以通过4个二极管全桥整流来实现：二极管两两相串连，然后再并联，两支串连支路中部为输入，并联后的两端为输出。逆变可以采用4个MOS功率管来实现，4个MOS管连接为全桥电路：MOS管两两相串连，串连后的两支桥臂再并联，并联后两支桥臂的两端分别接整流输出的直流电的正负极，从两个桥臂的中部引出导线连接电磁感应线圈。工作时左边桥臂的上MOS管与右边桥臂的下MOS管开通；另外两个MOS管截止，则对电磁感应线圈加电压的方向左正右负。反之，右边桥臂的上MOS管与左边桥臂的下MOS管开通；另外两个MOS管截止，则对电磁感应线圈加电压的方向左负右正。在微处理器的高速控制下，高频、交替、对称的切换上述两种开关方式，则实现对电磁感应线圈的高频交流驱动控制。因为四支MOS管中，对角工作状态相同，所以微处理器(MCU)只需送出两路驱动信号，每一路驱动信号通过MOS管门极快速开通专用芯片连接至对角两支MOS管的门极。微处理器送出的两路驱动信号是采用脉宽调制(PWM)的，即频率不变，只改变占空比。占空比越大，四支MOS管开通的时间比越大，输出的功率越大。两路驱动信号的开通是交替的，当两路信号的占空比都接近50％时，则电磁感应线圈以最大功率向感应加热不锈钢筒输送功率，所以通过改变占空比，可以改变加热功率。

沿轴向方向在距电磁感应加热不锈钢筒一定距离(如5厘米)的管体壁上从外部开设有一从大孔径通过台阶向小孔径过渡的带台阶的通孔，通孔的中心与管道轴线垂直相交，大孔径与红外温度探头相配，一红外温度探头嵌入其中，小孔径比红外温度探头入射窗口略大。红外温度探头入射窗口指向管内，用环氧树脂胶把红外探头密封固定在台阶孔内。在与这一红外温度探头一定距离的管体的管壁上，开设有另一相同结构的带台阶的通孔，另一个红外温度探头嵌入此通孔。因为普通有机玻璃管体或陶瓷对红外有吸收作用会带来测温误差，所以台阶孔的小孔径比红外温度探头入射窗口(Φ2.54mm)略大，使从流体发出的红外辐射直接进入红外探头。这一对红外探头性能应基本一致。要求响应速度快，响应时间在0.1秒以下，可测温范围0-100摄氏度。满足上述要求的低温红外温度传感器的输出范围在2毫伏以下，为了使微处理器的模数转换器，可以直接转换，对红外温度传感器输出的微弱信号需要采用差分运算放大器放大1000-2000倍。红外温度探头的一对电压输出引脚和差分运算放大器的一对输入引脚相连，偏置电压引脚接电位器的输出端。合适的偏置电压可以使红外温度探头的输出有更好的线性，有利于提高测量精度。偏置电压一般设置在2伏左右。电位器一端接正5伏电源，一端接地，中间可调电压输出端接红外温度探头的偏置电压输入，通过调节电位器使红外温度探头获得2伏左右合适的偏置电压。

整个流量检测中，待检测液体从管体绕有电磁感应线圈的一端流入，另一端流出。220伏交流电直接输入到功率驱动器，功率驱动器首先把50HZ低频的交流电，整流为300伏的直流电加在全桥逆变主电路4支功率MOS管的上下两端，微处理器根据预存的随机函数数据，转变为对应的PWM信号，分两路驱动信号去控制全桥主电路的功率输出。随机函数中的数据越大，对应的加热功率越大，流过电磁感应加热不锈钢筒的液体温度越高，反之，则越低。载有温度信号的液体先后经过两个沿流向方向安装的红外温度探头，两个红外温度探头实时地把流过的液体的红外辐射转变为微弱(毫伏级)的电压信号输出。两路微弱的电压信号分别经过两路2000倍的放大电路输入至微处理器的两路AD进行模数转换。微处理器首先把来自两路模数转换的值(温度)保留在两个数组中，当两个数组的数据保存100次采集的结果后进行首次流量计算。因为是温度上下起伏的流体先后经过两个红外温度探头，所以两个保存温度数据的数组，具有相似性和在时间上的先后性。微处理器对两个数组采用互相关算法，计算出两个数组中温度信号的时间差，就可以计算出流速，根据流速可进一步计算出流量。在完成首次计算后，微处理器把实时采集的两路温度数据分别加入到两个数组的末尾，删除数组最前面的数据，这样在保证数组长度不变的情况下，对数组进行更新，而且每更新一次数组，微处理器进行一次新的相关计算，从而实时给出流速流量。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

G管体，L1电磁感应线圈，L2电磁感应加热不锈钢圆筒，S1、S2红外温度探头，H加热功率驱动器，MCU微处理控制器。

图2为本发明装置加热电路原理图。

M1、M2、M3、M4功率MOS管，K是MOS管门极开通驱动器，MCU(TMS320F240)微处理控制器，A1、A2运算放大器，S1、S2红外温度探头，L1电磁感应线圈。

图3为本发明具体实施例从两个温度探头得到的温度曲线。

横轴：采集时间t(秒)，纵轴：温度值T(摄氏度)，f1：来自S1的温度曲线，f2：来自S2的温度曲线。

图4本发明具体实施例对两条相似温度曲线进行相关计算的结果示意图。

横轴：时间t(秒)，纵轴：相关值R(N)(无单位)。

图5本发明方法流量检测计算流程框图。

S1[]、S2[]([]：在数学中，特别是在计算机有关的课程中通常把数组a表示为a[]，用来与数a区别)：从温度探头S1、S2采集的温度数组，

f_T1(n)f_T2(n+N)：数组S1[]、S2[]的片段，

R(N)：相关计算结果，

MAX{R(N)}：求相关性结果的最大值MAX{R(N)}，

T：温度采样周期，m：R(N)取最大值时N的值，

Tm：数组序列移动m对应的时间，

L：温度探头S1与S2间的距离，

V：液体的流速，Q：液体的流量。

图6是日本专利JP10019621原理示意图。

R1、R2：加热和温差检测电阻。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式，对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明装置的管体G采用热不良导体材料-有机玻璃或陶瓷材料制成的细管。细管内径小于10mm(如直径7mm)，外径15mm。电磁感应加热不锈钢圆筒L2是用薄不锈钢材料制成的一薄壁圆筒，长度80mm，内径与有机玻璃管G内径相同(如7mm)，加热不锈钢筒L2壁厚小于0.5mm(如0.3mm)，同轴心地嵌入在有机玻璃管G内。电磁感应线圈L1采用细漆包线绕制。加热功率的设计应保证在流量测量的最大量程时，液体的温度可以达到不低于10度的温升，这样液体的温度起伏明显，有利于微处理器准确地计算出流量。按设计最大流量1800uL/s计算，电磁感应加热的最大加热功率应达到100瓦。一般情况控制流过液体的温度在常温至低于50摄氏度范围之内起伏波动，对于对温度有特殊要求的液体加热温度幅度可进一步降低。在距电磁感应不锈钢加热筒L2一定距离(如5厘米)的管G壁上开一从大孔径通过台阶向小孔径过渡的带台阶的通孔，通孔的中心与管道轴线垂直相交，大孔径与红外温度探头相配，嵌入第一红外温度探头S1，小孔径比红外温度探头入射窗口略大(入射窗口直径2.54mm)。红外温度探头入射窗口指向管内，红外温度探头部件外观是一圆柱体，直径7-8mm，高4.5mm，探头顶部的入射窗口是具有平坦透射性能(2-23um红外波长)的红外透射玻璃窗，红外敏感微单元封装在圆柱体心部。再在与第一红外温度探头S1一定距离(如5厘米)的一定距离的管体G的管壁上，开设有另一相同结构的带台阶的通孔，第二红外温度探头S2嵌入此通孔。第一、第二红外温度探头S1、S2的顶部开孔和液体直接相通，使从流体发出的红外辐射从顶端直接进入红外探头。红外温度探头周围用环氧树脂胶粘合固定在台阶孔内。管体G装加热不锈钢筒L2的一端是进液口，另一端是出液口。

电磁感应加热基于电磁感应原理：电磁感应线圈L1产生的交变磁场通过磁场耦合，把能量传入电磁感应加热不锈钢筒L2，电磁感应加热不锈钢筒L2在涡旋电场的作用下产生涡旋电流并产生焦耳热。

电磁感应加热不锈钢筒L2的半径是3.5mm，设计电磁感应线圈L1的截面半径是4.5mm，则耦合系数(k)理论上是截面积之比，即k＝π＊3.5＊3.5/(π＊4.5＊4.5)＝0.6。考虑到电磁感应加热不锈钢筒L2有一定厚度(0.3mm)，将有效的增大磁通，将耦合系数从0.6修改为0.7。

电磁感应加热不锈钢筒L2产生的感应电动势与电磁感应线圈L1的电压关系是：E＝V＊k＊1/N，k是耦合系数，N是电磁感应线圈的匝数，电磁感应加热不锈钢筒的匝数是1，E是感应电动势，V是电磁感应线圈所加的电压。不锈钢的电阻率(ρ)是1Ωmm²/m左右。对于涡旋电场的电阻(R)是ρ＊I/s。

R＝1＊π＊0.007/0.3＊80＝0.9×10^-3Ω，所以加热的功率是：P＝E²/R，即P＝　(V＊k/N)²/

R，(公式2)

设计最大功率100W，取P＝100W。(V＊k/N)²/R＝100；取N＝700匝，V＝300V可以实现上述要求。

为了选取合适的漆包线线径，需要对交变磁场频率和电流波动做进一步的计算。

空心螺线管电感公式是： $L=\frac{u_0{N}^2*S}{l},$    (公式3)

u₀是真空中的磁导率：4π×10^-7H/m，N：电磁感应线圈匝数，S：横截面积，I：螺线管长度。

上面计算得：N＝700，在该实例中S＝π＊4.5＊4.5×10^-6m²，I＝80mm；

上述参数代入公式3计算出电感L＝4.9mH，考虑到螺线管中有不锈钢金属筒，所以电感量要是空心螺线管的2-3倍。所以取电感

L＝4.9mH×3＝14.7mH。

在交变磁场的作用下，电磁感应线圈中的电流是线性的上升和下降，是三角波。

$\mathrm{\ΔI}=\frac{V}{L}\mathrm{\ΔT}$             (公式4)

在实际工作中ΔI过大，会造成铜损增大，所以一般限制ΔI/I<1，以保证电流连续。I＝100/300＝0.33A；ΔI＝0.3A。I_max＝I+ΔI＝0.63A代入公式4：

$0.3=\frac{300}{14.7\&times;{10}^{-3}}\mathrm{\&Delta;T};$ 计算得ΔT＝14.7us；对于全桥电路的工作方式： $\mathrm{\&Delta;T}=\frac{1}{2f},$

所以工作频率 $f=\frac{1}{2\mathrm{\&Delta;T}}=\frac{1}{2\&times;14.7\&times;{10}^{-6}}=34\&times;{10}^3\mathrm{Hz}.$

电磁感应线圈L1的最大电流I_max＝0.63A，根据工程中电流与铜线截面积约定：电流密度小于6A/mm²。在此取5A/mm²，计算得漆包线线径：直径Φ＝0.4mm；在80mm的长度上绕700匝，需要绕4层，内部三层每层200匝，最外层绕100匝，中心对称。

从上面的计算中得出：电磁感应线圈L1供电电压300V，电流峰值0.63A，交变电压频率34千赫，电磁感应线圈L1绕线直径0.4mm，匝数700匝，电磁感应线圈L1和电磁感应加热不锈钢筒L2沿轴向方向长80mm，内径分别是g和7mm。设计最大平均功率100W。从图1中给出了电磁感应线圈L1和电磁感应加热不锈钢筒，他们长度基本相同(约80mm)，电磁感应加热不锈钢筒L2在管体G内壁，电磁感应线圈绕在挖掉一定壁厚的管体G外部。管体外径15mm，电磁感应线圈要求的内径是9mm，挖掉径向3mm、轴向宽度80mm的台阶槽，把电磁感应线圈绕于其中。

对加热只要求流过不锈钢加热筒后的流体温度有起伏变化，例如选用一段随机函数值(可以是人为手动编写无规律的50个整数，存储在微处理器中，数的范围在0-100之间；也可以借用C语言函数库带的随机函数random()来生成)。把这50个数依次送出到(PWM)D/A，D/A的输出控制加热强度，每个数保持时间0.5秒，可以使流过的液体温度不断变化。

如图2所示，加热功率驱动电路为桥式电路。功率驱动电路由整流和高频逆变两部分组成。全桥整流部分电路是4支耐压超过300V电流容量大于0.5A的4支二极管组成。二极管两两相串连，然后再并联，两支串连支路中部为输入，并联后的两端为输出。逆变采用4个MOS功率管M1、M2、M3、M4来实现，4个MOS管连接为全桥电路：MOS管两两相串连，串连后的两支桥臂再并联，并联后两支桥臂的两端分别接整流输出的直流电的正负极，从两个桥臂的中部引出导线连接电磁感应线圈。220伏交流电直接输入到功率驱动器，功率驱动器首先把50HZ低频的交流电通过四支二级管组成的整流桥整流为300伏的直流电加在全桥逆变主电路4支功率MOS管的上下两端，全桥逆变主电路的左右两个桥臂的中部引出导线直接连接管体G外所绕的电磁感应线圈L1。4个功率MOS管的门极控制信号由微处理器提供。微处理器(MCU)只需送出两路驱动信号，每一路驱动信号通过MOS管门极快速开通专用芯片(K)连接至对角两支MOS管的门极。微处理器送出的两路控制信号在电平相反，所以这四支MOS管按对角分为两组即M1和M4一组，M2和M3一组，每一组门极驱动信号相同工作状态相同；而这两组MOS管不可同时开通，即M1M4开通则M2M3必须截止，反之，亦然。这两组开通与截止高频交替，如上面计算的37千赫，就实现了高频电磁感应加热，通过PWM(脉宽调制)实现功率调节。如上所述，该PWM的值是根据事先设计的无规律数据，比如说这组无规律数的范围是0-100；则100对应电磁感应线圈最大功率功率100瓦加热，50则对应半功率加热。

图2的右部是红外温度探头的连接电路图。红外温度探头的三个连线的引脚：一对与温度输入红外辐射基本成比例的电压输出引脚(V+、V-)，和一个偏置电压调节引脚(R)，红外温度探头V+和V-分别和差分运算放大器A1、A2的同相输入端和反相输入端相连，偏置电压引脚R接电位器的输出端。电位器一端接正5伏参考电源(Verf)，一端接地，中间可调电压输出端接红外温度探头的偏置电压输入。通过调节电位器来获得2伏左右合适的偏置电压。两路红外温度探头输出的电压信号经过与其连接的差分运算放大器A1、A2放大，然后送到微控制器MCU的模数转换器中转换为数字信号进行计算。红外温度探头的偏值电压设置调节是通过电位器的调节来提供，具有2伏左右偏置电压的红外温度探头具有更好的输出特性。红外温度探头具有非接触、响应快、灵敏度高的特点。如采用roither-laser公司的TP336红外温度探头，可使用测温范围-20到+100摄氏度，时间常数16ms，感光区域直径0.5mm，2—22um波段具有平坦透射性能的红外透射窗口。红外温度探头的位置如图1所示，第一、第二红外温度探头S1、S2都从外部嵌装在管体G壁中，第一、第二红外温度探头S1、S2的顶部是红外入射窗口，为了使液体的温度辐射毫无遮挡的入射到红外探头的入射窗口，在探头的顶部台阶开一直径2.5毫米的通孔。用环氧树脂胶固定红外温度探头并密封。因为设计的温度上升下降最大是10摄氏度，所以红外温度探头的工作范围是常温状态。上述红外温度探头在测量30-50摄氏度的液体时，输出的电压信号大概在0.1-1mV，该电压信号的大小就表征了温度的高低。正常的模数转换器转换电压最好在2V左右，所以需要对红外温度探头的直接输出放大2000倍左右，一级放大40倍和一级放大50倍的运放单元串联来完成2000倍的放大。放大后接近2伏的信号直接连到微控制处理器的模数转换器(ADC)。微处理器以一定的频率(0.1秒时间间隔)启动芯片内部ADC进行模数转换和读取转换结果，并把结果保存在芯片内的RAM中，完成了温度数据的采集。采集的结果以两个数组的形式保存两路温度信号对应的结果，为后面相关计算使用，来自红外温度探头S1、S2的电压信号数值分别是本专利所提到的两路温度T1和T2。

对于微处理器相关算法的实施，假如流体流过不锈钢加热筒L2被加热后的一段液体温度如图3所示：流过温度探头S1的温度(T1)的曲线如f1，流过温度探头S2的温度(T2)的曲线如f2。首先f2应该在时间上滞后f1一段时间(tm)，其次f2应该与f1存在着一定程度上的相似。为了保证第二点，要求管G为内壁光滑的直、圆管，而且内径小于10mm。为了用微处理器能准确求得上述tm，需要消除流体从第一红外温度探头S1流到第二红外温度探头S2途中，由于其他因素干扰而在理想温度曲线中加入的噪声，在此采用相关算法。对曲线f1，f2分别采集一定点数(如n点)，这样得到两条曲线对应的两个数组(f_T1(n)，f_T2(n))。利用相关算法：向后平移曲线f_T1，(n)，或者向前平移f_T2(n)，当f_T2(n)与f_T1(n)重合度最大时，得到的积分值(累加和)将是最大值。通过计算出积分的最大值所对应的序列f_T2(n)的平移位数，就可得到准确的时间差，假定相关计算结果的曲线如图4所示，可以看出积分最大值对应的时间值tm，tm，就是f_T2(n)滞后于f_T1(n)的时间。用S1与S2的距离(L)除以时间差tm就得到液体的流速(v)，进而可得到流量(Q)。

本发明的计算步骤如图5所示。

第(1)、(2)步：用微处理器(TMS320F240)控制电磁感应线圈L1加热，微处理器的两路AD对两路温度信号T1、T2进行数据采集。假定流过红外温度探头S1、S2温度(T1、T2)的曲线分别为f1、f2，如图3所示。两路AD的采样频率是10Hz，每点的采样间隔是0.1秒，那么对两路温度S1(T1)、S2(T2)在10秒内将得到100个点的数组，记做S1[0:99]，S2[0:99]。下面对采到的数组进行计算。

第(3)步：

令f_T1(n)＝S1[0:49]；f_T2(n+N)＝S2[0+N:49+N]。

N：是数组(曲线)的平移值，N的取值范围是从0到50。

N＝0：f_T2(n+N)＝S2[0:49]；

N＝50：f_T2(n+N)＝S2[50:99]；

第(4)步：

令N＝0到50，计算

$R\left(N\right)=\underset{N=0}{\overset{50}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}_{T1}\left(n\right)*f_{T2}(n+N)$          公式5

第(5)步：得到积分求和序列R(N)，检索R(N)序列中最大值对应的N＝m。得出tm＝m×0.1；tm：是所求的滞后时间，0.1是采样时间间隔，单位是秒。流速v＝L/tm；L：是红外温度探头S1、S2之间的距离。流量Q＝v×s；s：是管道截面积。

第(6)步：在完成第一次采集计算后，S1、S2采集下一个温度数据。

第(7)步把新采集的数分别加在数组S1[0:99]，S2[0:99]的末尾，数组中各位依次前移，两个数组最前面的数被剔除。再次重复上述计算过程，计算流速、流量。微处理器(TMS320F240)的计算速度很快，1ms内可以完成上述计算，所以上述计算时间可以忽略，可以实时给出流量。

控制加热功率的50个随机数，可以重复使用。

本发明实施例温度探头间距5cm，内径7mm适合测定的流量范围是0-1800uL。

本发明通过改变内径尺寸和红外温度探头S1、S2间距和采样频率，可以改变测量范围。

本发明工作过程如下。

在流量检测时，待检测液体从本发明装置的管体G的A端流入，B端流出。在A端附近的管体G外80mm长度上绕有700匝电磁感应线圈L1，对应管体G内有长度80mm厚度0.3mm的电磁感应加热不锈钢筒L2，电磁感应线圈L1与电磁感应加热不锈钢筒L2组成加热组件，功率100瓦。220伏交流电直接输入到功率驱动器H，功率驱动器首先把50HZ低频的交流电，整流为300伏的直流电，加在全桥逆变主电路4支功率MOS管的两端，微处理器MCU根据预存的随机函数数据，转变为对应的PWM信号，分两路驱动信号去控制全桥主电路的功率输出。随机函数中的数据越大，对应的加热功率越大，流过电磁感应线圈液体温度越高，反之，则越低。在微处理器MCU的控制下，加热强度按随机数规律不断变化，从而使在管体G中流过的液体温度无规律地上下起伏，最大起伏达10摄氏度。载有温度起伏信号的液体先后经过两个沿流向方向间距50mm的红外温度探头S1和S2，两个红外温度探头S1和S2实时地把流过的液体的红外辐射转变为微弱(毫伏级)的电压信号输出。输出的微弱电压信号与流过的液体的温度基本上是线性对应关系。两路微弱的电压信号分别经过两路2000倍的放大电路输入至微处理器MCU的两路AD进行模数转换。微处理器MCU不断地把来自两路模数转换的温度值(T1、T2)保留在两个数组S1[]、S2[]中，微处理器MCU再对两个数组采用互相关算法，计算出两个数组S1[]、S2[]中温度信号的在时间序列上的差值。两个红外测温点的间距(50mm)除以时间序列差值就计算出流速，流速乘以管道截面积即得到流量值。

Claims (4)

1一种流量检测装置，其特征在于包括管体[G]、电磁感应线圈、电磁感应不锈钢加热筒[L2]、第一红外温度探头[S1]和第二红外温度探头[S2]、加热功率驱动器、微处理控制器[MCU]；管体[G]为等截面管道，沿轴向方向在距电磁感应不锈钢加热筒[L2]一定距离的管体[G]的管壁上开设有一从大孔径通过台阶向小孔径过渡的带台阶的通孔，通孔的中心与管道轴线垂直相交，大孔径与第一红外温度探头[S1]相配，红外温度探头[S1]嵌入其中，小孔径比红外温度探头入射窗口略大；红外温度探头入射窗口指向管内；在与第一红外温度探头[S1]一定距离的管体[G]的管壁上开设有相同结构的另一带台阶的通孔，第二红外温度探头[S2]嵌入此通孔；第一红外温度探头[S1]和第二红外温度探头[S2]的一对电压输出引脚和差分运算放大器的一对输入引脚相连，偏置电压引脚接电位器的输出端。

2、根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于管体[G]为用热、电不良导体材料制成的细管，内壁光滑；电磁感应不锈钢加热筒[L2]是用不锈钢材料制成的一薄壁圆筒，圆筒内径与管体[G]内径相同，从管体[G]一端同轴嵌入在管体[G]内，电磁感应线圈绕在不锈钢加热筒[L2]外管体[G]上，沿轴向方向单层或多层绕制；不锈钢加热筒[L2]与外部电磁感应线圈沿轴向对齐，长度相同。

5、根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于电磁感应线圈工作在高频状态；加热功率驱动器为桥式电路，由整流和高频逆变两部分组成；全桥整流部分电路由4只二极管组成，两两相串连，然后再并联，两支串连支路中部为输入，并联后的两端为输出；高频逆变采用4个MOS功率管[M1、M2、M3、M4]实现，4个MOS管连接为全桥电路：MOS管两两相串连，串连后的两支桥臂再并联，并联后两支桥臂的两端分别接整流输出的直流电的正负极，从两个桥臂的中部引出导线连接电磁感应线圈。

6、根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于两个红外温度探头[S1和S2]实时地把流过的液体的红外辐射转变为毫伏级的电压信号输出，两路电压信号分别经过两路2000倍的放大电路输入至微处理器[MCU]的两路AD进行模数转换；微处理器[MCU]不断地把来自两路模数转换的温度值保留在两个数组S1[]、S2[]中，微处理器[MCU]再对两个数组S1[]、S2[]采用互相关算法，计算出两个数组S1[]、S2[]中温度信号的在时间序列上的差值；两个红外测温点[S1和S2]的间距除以时间序列差值计算出流速，流速乘以管道截面积即得出流量值。

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