CN106813737B - 流量测量装置、其最佳响应时间获取方法和测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流量测量装置，包括产品单元和标定单元。所述产品单元包括流量传感器、传感器驱动电路、传感器信号放大电路以及流量信号加速电路。其中所述流量信号加速电路与所述传感器信号放大电路相连，包括：一阶低通滤波电路，用于滤除所述流量信号加速电路的输入信号中的高频信号；传递函数为三阶且包括第一和第二数字电位器的三阶电路。所述标定单元与所述产品单元相连，用于设置所述第一和第二数字电位器的电阻值。本发明还公开了一种获取流量测量装置最佳响应时间的方法及响应时间测试系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种流量测量技术领域，尤其涉及一种能够快速测量多种不同气体的质量流量输送测量装置、气体质量流量输送测量装置最佳响应时间的获取方法、以及响应时间测试系统。
背景技术
流量的快速准确输送测量是工业测量领域的重要需求，通常流量测量有体积与质量计量两种方式，流量的体积方式测量其精确度往往受温度、压力等工况的变化而影响。而质量流量的测量受温度和压力的影响很小，在要求较高的工业领域得到广泛的应用。
质量流量计可以精确测量气体的质量流量，其主要分为模拟式和数字式两种。在模拟式质量流量计中广泛使用机械调节式电位器，精度和温度性能都较差，而且对于密度差异较大的气体，单台模拟产无法同时满足响应时间的较高要求。数字式流量计性能较好，但成本较高，存在数模转换误差，响应时间对于某些要求较高的场合也不是足够快。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种在精度、线性、温度性能、抗振动性能方面均优于现有模拟式质量流量计、在成本方面由于现有数字式质量流量计的流量测量装置。
为达成上述目的，本发明提供了一种流量测量装置，包括产品单元和标定单元。所述产品单元包括流量传感器、传感器驱动电路、传感器信号放大电路以及流量信号加速电路。其中所述流量信号加速电路与所述传感器信号放大电路相连，包括：一阶低通滤波电路，用于滤除所述流量信号加速电路的输入信号中的高频信号；传递函数为二阶的二阶电路，其包括第一数字电位器，用于调节所述二阶电路的输出。所述标定单元与所述产品单元相连，用于设置所述第一数字电位器的电阻值。
根据本发明的另一方面，还提供了一种流量测量装置，包括产品单元和标定单元。其中，所述产品单元包括流量传感器、传感器驱动电路、传感器信号放大电路以及流量信号加速电路。其中所述流量信号加速电路与所述传感器信号放大电路相连，包括：一阶低通滤波电路，用于滤除所述流量信号加速电路的输入信号中的高频信号；传递函数为三阶的三阶电路，其包括传递函数为二阶的二阶电路、第二数字电位器以及通过所述第二数字电位器与所述二阶电路相连的可构成三阶电路的子电路，所述三阶电路在开启瞬间产生过冲信号，所述二阶电路包括用于调节所述二阶电路输出的第一数字电位器；所述第二数字电位器用于调节所述三阶电路的输出。所述标定单元与所述产品单元相连，用于设置所述第一数字电位器和第二数字电位器的电阻值。
优选地，所述流量传感器包括惠斯登电桥，所述惠斯登电桥包括相邻的上游绕组和下游绕组，第一固定电阻和第二固定电阻，以及串联在所述第一固定电阻和第二固定电阻之间的第三数字电位器；所述标定单元设置所述第三数字电位器的电阻值。
优选地，所述惠斯登电桥还包括并联于所述第三数字电位器一端和可调节点之间的第三固定电阻，以及并联于所述数字电位器另一端和所述可调节点之间的第四固定电阻。
优选地，所述传感器信号放大电路包括仪表放大器以及与所述仪表放大器的输出端相连的第四数字电位器，所述第四数字电位器用于调节所述仪表放大器的输出电压；所述标定单元设置所述第四数字电位器的电阻值。
优选地，所述传感器驱动电路包括恒流源和反馈电路，其中所述恒流源用于向所述流量传感器提供工作电流，所述反馈电路用于反馈所述流量信号加速电路的输入信号，所述反馈电路包括第五数字电位器，用于调节反馈比例；所述标定单元设置所述第五数字电位器的电阻值。
根据本发明的另一方面，还提供了一种获取上述流量测量装置的最佳响应时间的方法，包括：
S1：在管路上依次连接气源、电磁截止阀和所述产品单元，打开所述电磁截止阀，使所述管路中气体流量为所述产品单元的流量传感器的满量程流量；
S2：将所述第一数字电位器的阻值设为0，设置所述第一数字电位器的第一步进阻值；
S3：以所述第一步进阻值调节所述第一数字电位器的阻值，根据每次调节后所述产品单元的输出信号确定流量测量响应时间最快且无过冲信号产生的第一数字电位器的阻值作为第一设定阻值；
S4：将所述第一数字电位器的阻值设置为该第一设定阻值。
优选地，步骤S3包括：
S31：关闭所述电磁截止阀、之后重新开启所述电磁截止阀；
S32：采集所述产品单元的输出信号并计算出流量测量响应时间以及过冲信号的过冲量，记录对应的所述第一数字电位器的阻值；
S33：判断所述第一数字电位器的全部阻值是否已记录，若是执行步骤S34，否则执行步骤S35；
S34：选取过冲量为0且流量测量响应时间最快的第一数字电位器的阻值作为所述第一设定阻值；
S35：将所述第一数字电位器的阻值增加所述第一步进阻值并执行步骤S31。
根据本发明的另一方面，提供了一种获取上述流量测量装置的最佳响应时间的方法，包括：
S1：在管路上依次连接气源、电磁截止阀和所述产品单元，打开所述电磁截止阀，使所述管路中气体流量为所述产品单元的流量传感器的满量程流量；
S2：将所述第一数字电位器的阻值设为0，设置所述第一数字电位器的第一步进阻值；将所述第二数字电位器的阻值设为最大值，设置所述第二数字电位器的第二步进阻值；
S3：以所述第一步进阻值调节所述第一数字电位器的阻值，根据每次调节后所述产品单元的输出信号确定流量测量响应时间最快且无过冲信号产生的第一数字电位器的阻值作为第一设定阻值；
S4：以所述第二步进阻值调节所述第二数字电位器的阻值，根据每次调节后所述产品单元的输出信号确定产生过冲信号且过冲量在预定范围内的第二数字电位器的阻值作为第二设定阻值；
S5：将所述第一数字电位器的阻值设置为该第一设定阻值；将所述第二数字电位器的阻值设置为该第二设定阻值。
优选地，步骤S3包括：
S31：关闭所述电磁截止阀、之后重新开启所述电磁截止阀；
S32：采集所述产品单元的输出信号并计算出流量测量响应时间以及过冲信号的过冲量，记录对应的所述第一数字电位器的阻值；
S33：判断所述第一数字电位器的全部阻值是否已记录，若是执行步骤S34，否则执行步骤S35；
S34：选取过冲量为0且流量测量响应时间最快的第一数字电位器的阻值作为所述第一设定阻值；
S35：将所述第一数字电位器的阻值增加所述第一步进阻值并执行步骤S31。
优选地，步骤S4包括：
S41：将所述第二数字电位器的阻值减小所述第二步进阻值；
S42：关闭所述电磁截止阀、之后重新开启所述电磁截止阀；
S43：采集所述产品单元的输出信号并计算出响应时间以及过冲信号的过冲量，并记录对应的所述第二数字电位器的阻值；
S44：判断所述过冲量是否在预定范围内，若是执行步骤S41，否则执行步骤S45；
S45：选取上一次记录的第二数字电位器的阻值作为所述第二设定阻值。
根据本发明的另一方面，还提供了一种实现上述方法的流量测量装置响应时间的测试系统，包括：
依次在管路上相连的所述气源、所述电磁截止阀、所述流量测量装置的产品单元以及流量计标准单元，所述流量计标准单元用于以与所述产品单元不同的方式测量气体流量；
所述标定单元，通过电缆线与所述产品单元相连；
上位机，与所述产品单元和流量计标准单元相连，所述上位机根据所述产品单元的输出信号计算所述过冲信号的过冲量，并结合所述流量计标准单元的输出信号计算所述产品单元的流量测量响应速度。
优选地，所述上位机与所述标定单元相连，用于发出指令使所述标定单元设置相应的数字电位器的阻值。
优选地，所述上位机还与所述电磁截止阀相连，用于控制所述电磁截止阀的开关。
相较于现有技术，本发明通过将流量测量装置分为产品单元和标定单元，在产品单元中设置包含二阶甚至三阶电路的流量信号加速电路并通过数字电位器调节流量信号加速电路的输出，使得产品相对于现有热式质量流量计在响应时间指标方面有很大提高，氮气实测响应时间可达到200ms。本发明的流量测量装置在在精度、线性、温度性能、抗振动性能方面均优于现有模拟式质量流量计；在成本方面优于现有数字式质量流量计。此外，本发明还提供了一种自动获取流量测量的最佳响应时间的方法，降低了人工成本和人为操作出错的概率。进一步地，可测试多种不同气体，即使气体密度有较大差异，也可通过标定单元配置不同的电路参数来获取最佳的响应时间。
附图说明
图1所示为本发明一实施例的流量测量装置的方块图；
图2所示为本发明一实施例的流量测量装置的流量信号加速电路的示意图；
图3所示为本发明一实施例的流量测量装置输出信号时域瞬态仿真图；
图4所示为本发明一实施例的流量测量装置输出信号的频域仿真图；
图5所示为本发明一实施例的流量测量装置的流量传感器的电路图；
图6所示为本发明一实施例的流量测量装置的传感器驱动电路和传感器信号放大电路的电路图；
图7所示为本发明一实施例的流量测量装置中数字电位器的硬件电路示意图；
图8所示为本发明一实施例的流量测量装置的标定单元的电路示意图；
图9所示为本发明一实施例的流量测量装置响应时间的测试系统的示意图；
图10所示为本发明一实施例的获取流量测量装置最佳响应时间的方法的流程图；
图11所示为本发明另一实施例的流量测量装置的流量信号加速电路的示意图；
图12所示为本发明另一实施例的流量测量装置输出信号时域瞬态仿真图；
图13所示为本发明另一实施例的获取流量测量装置最佳响应时间的方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
图1所示为本发明的流量测量装置的总体框架示意图，如图1所示，流量测量装置包括产品单元200和标定单元100。其中产品单元200包括流量传感器210、传感器驱动电路和传感器信号放大电路220、流量信号加速电路230以及必要的支架和外罩。产品单元200的电路板除含有数字电位器外均为模拟器件构成，标定单元100是以微处理器为核心的数字器件构成，两部分通过电缆线插接，通过标定单元100实现对产品单元200的数字标定。
因为流量传感器的信号靠热传导产生，而热传导过程是比较慢的，在这种情况下为了使流量测量装置具有较快的响应时间，能更快速的测出实际气体的变化，本发明中通过流量信号加速电路对流量信号进行加速，使其输出信号更贴近真实气体的变化。图2所示为本发明第一实施例的流量信号加速电路的示意图，如图所示，流量信号加速电路包括一阶电路231和二阶电路232。图中Vi为流量输入电压信号，Vi1为过程信号，Vo是经过加速后的流量电压信号。一阶电路231为低通滤波电路，其目的是滤除高频噪声信号，防止高频噪声信号对后续器件的干扰。其典型的传递函数如式(1-1)所示。
流量信号的加速主要由二阶电路232来完成，其典型传递函数如式(1-2)所示。
流量信号加速电路的最终传递函数由式(1-1)和式(1-2)相乘得到。
二阶电路232中包括第一数字电位器R21，该第一数字电位器R21可调节二阶电路的输出，标定单元100设置第一数字电位器R21的电阻值。请参见图3，通过标定单元100对第一数字电位器R21的参数扫描(即数字控制第一数字电位器使其取不同阻值)，可以得到一族快慢不同的加速响应曲线S1。图中左半部分中曲线族S1为电磁截止阀开启时流量信号加速电路的输出Vo的加速响应曲线，曲线S2为流量信号加速电路的输入Vi的加速响应曲线，图中右半部分中曲线族S3为电磁截止阀关闭时流量信号加速电路的输出Vo的加速响应曲线，曲线S4为流量信号加速电路的输入Vi的加速响应曲线。从图中可以看出，本实施例通过二阶电路及其中第一数字电位器的调节，可以显著提高流量测量装置的输出响应速度。从图4所示的Vo/Vi的频域仿真图中可以看出，信号在低频段获得了较大的幅频增益从而补偿较慢的流量传感器输出信号，在高频段的噪声信号被衰减。
请继续参考图5，其所示为本发明一实施例的流量传感器的电路图。流量传感器采用毛细管传热温差量热法原理测量气体的质量流量，气体从入气口进入质量流量计的主通道内，在分流器的作用下气流被分成了两路，一路气体直接通过分流器(使用不同大小的分流器可以装配出不同满量程的流量计)；另一路则通过流量传感器的毛细管用于流量的检测。流量传感器的传感管外绕有两个阻值相同、位置对称的线圈(热敏电阻Ru和Rd)，数字电位器R6串联在固定电阻R1和R2之间(用于调整电桥的零点)，组成惠斯登电桥，工作电源对线圈进行加热，流体静止时，两线圈平均温度相同，线圈中心线上下游温度分布是对称的，电桥处于平衡状态。流体流动时，流体将上游部分的热量带给下游，上下游绕组的阻值将发生变化，惠斯登电桥将输出与流量相关的电压。本实施例中，采用数字电位器R6来代替传统的机械调节式电位器，具有更好的温度性能、抗震性能和精度。进一步地，本实施例中，还另外增加两个固定电阻R4和R5。固定电阻R4并联于数字电位器R6一端和可调节点之间，固定电阻R5并联于数字电位器R6另一端和可调节点之间，如此可以增加零点调节的分辨率，即使数字电位器R6的最小可调步长阻值较大时也可通过合理配置固定电阻R4和R5来实现对流量测量装置零点的满量程千分之一的连续调节。此外，上述数字电位器R6也通过标定单元100来调节其阻值。
请继续参考图6，其所示为本发明一实施例的传感器驱动和信号放大电路的示意图。如图6所示，传感器信号放大电路由仪表放大器14、数字电位器R9和固定电阻R7和R8构成，放大倍数是f(R7,R8,R9)，其中数字电位器R9可以通过标定单元100的数字通讯来调节，从而控制流量传感器输出信号的放大倍数。
三极管10、稳压管11、放大器12、数字电位器13和固定电阻R15～R20构成传感器的驱动电路，其中三极管10、稳压管11、放大器12和固定电阻R15、R19、R20构成一个恒流源，为流量传感器的惠斯登电桥提供工作电流。数字电位器R13和固定电阻R16～R18构成一个反馈电路，从信号放大电路的输出端取样通过数字电位器R19反馈给恒流源的放大器12，由此通过调整数字电位器R19的阻值可以调整反馈比例从而改变惠斯登电桥上的电流，实现对的流量检测信号线性的调节。其中，数字电位器R19的阻值通过标定单元100调节。
上述各电路中的数字电位器R6、R9、R13、R21均为带有标准SPI通讯接口的数字电位器，其电路原理图如图7所示，数字电位器上的SDO、SCLK、DIN和SYNC是标准SPI通讯接口的4个信号线，其中SDO、SCLK和DIN是4个数字电位器共用的，SYNC是片选信号，SYNC1～4分别控制4个数字电位器是否被选中，需要单独控制。数字电位器的A、W和B三端为3个电阻输出端，XS1是电缆线接头，可通过电缆线和产品的标定单元连接。因为数字电位器的精度、温度系数、耐震性均优于机械调节式电位器，所以本发明的产品在精度、线性、温度性能、抗振动性能方面均优于之前的模拟式质量流量测量装置。
图8给出了以一种微处理器为核心的标定单元的原理图，图中只给出了SPI通讯信号线的连接和RS232串行通讯部分。当对数字电位器进行标定时，使用电缆线将图7中的接插件XS1和图8中的接插件XS2相连，使产品单元和标定单元连通。微处理器判断接到有效指令后，通过控制片选信号SYNC1～4来选中欲写入的那一个数字电位器，然后将数字电位器写入阻值通过SPI通讯发送到产品单元相应的数字电位器，按此过程各个数字电位器可以被逐一写入，标定完成后，电缆线拔除，数字电位器的标定阻值掉电不会丢失。可选的，标定单元的RS232串口XS3与上位机连通，上位机通过串口给标定单元发指令，指令信息中包括欲写入哪个电位器和相应的写入值，标定单元进行相应的写入操作。
请继续参考图9，其所示为本发明第一实施例的流量测量装置响应时间的测试系统的示意图。测试系统包括依次在管路上相连的气源、稳压模块(可选)、电磁截止阀、流量测量装置的产品单元以及流量计标准单元，还包括通过电缆线与产品单元相连的标定单元以及上位机。各部件之间的连接管路尽可能短。其中，稳压模块具备稳压能力，使电磁截止阀打开瞬间的气体接近阶跃变化。快速流量计标准单元以与产品单元不同的方式测量气体流量，并且其具有非常快的响应速度(例如压力传感器)，可以快速测得气体的变化。上位机可具有：开关控制继电器、AD采集卡和串行通讯接口。其中，开关控制继电器用于控制电磁截止阀的开关；AD采集卡用于采集产品单元和快速流量计标准单元的流量输出信号，上位机可根据产品单元的流量输出信号计算过冲信号的过冲量，并结合快速流量计标准单元的输出信号计算产品单元的流量测量输出响应速度；串行通讯接口用于与标定单元连接以调整各数字电位器的阻值。
接下来将结合图10对本发明一实施例的获取流量测量装置最佳响应时间的方法加以说明。本实施例的方法包括以下步骤：
S1：在管路上依次连接气源、电磁截止阀和产品单元，打开电磁截止阀，使管路中气体流量为产品单元的流量传感器的满量程流量。
S2：将第一数字电位器R21的阻值设为0，设置第一数字电位器的第一步进阻值。
S3：以第一步进阻值调节第一数字电位器R21的阻值，根据每次调节后产品单元的输出信号确定流量测量响应时间最快且无过冲信号产生的第一数字电位器R21的阻值作为第一设定阻值。
具体地，本步骤包括：
S31：关闭电磁截止阀、之后重新开启电磁截止阀；
S32：采集产品单元的输出信号并计算出流量测量响应时间以及过冲信号的过冲量，记录对应的第一数字电位器R21的阻值；
S33：判断第一数字电位器R21的全部阻值是否已记录，若是执行步骤S34，否则执行步骤S35；
S34：选取过冲量为0且流量测量响应时间最快的第一数字电位器R21的阻值作为第一设定阻值；
S35：将第一数字电位器R21阻值增加第一步进阻值并执行步骤S31。
S4：将第一数字电位器R21的阻值设置为该第一设定阻值。
通过上述测量方法，可以得到使二阶电路的响应最快且无过冲的数字电位器R21的参数，标定单元100将数字电位器R21的电阻值调节为该第一设定阻值，能够显著提升流量测量装置的响应速度。
接下来将结合图11至图13对本发明第二实施例的流量测量装置以及其响应时间测试系统和最佳响应时间获取方法进行说明。
本实施例中产品单元的流量传感器、传感器驱动电路和传感器信号放大电路均与第一实施例相同，在此不再赘述。本实施例与第一实施例的区别在于，本实施例中的产品单元的流量信号加速电路包括传递函数为三阶的三阶电路。具体地，请参见图11，流量信号加速电路包括一阶低通滤波电路231和三阶电路。其中三阶电路是由包含第一数字电位器R21的二阶电路232、第二数字电位器R22和可构成三阶电路的子电路233所组成，第二数字电位器22串联在二阶电路232和可构成三阶电路的子电路233之间。其中，第一数字电位器R21用于调节二阶电路的输出，第二数字电位器R22用于调节三阶电路的输出。标定单元与产品单元相连，设置数字电位器R21和R22的电阻值。
过程信号Vi1被含有数字电位器R21和R22的三阶电路加速后得到输出信号Vo，由于数字电位器R22串联在二阶电路和可构成三阶电路的子电路之间，当数字电位器R22的阻值很大时，可忽略三阶电路成分，流量信号加速电路近似为二阶电路，二阶电路的典型传递函数如式(1-2)所示。当数字电位器R22的阻值不是很大时，即不可忽略可构成三阶电路的子电路，该子电路使得流量信号加速电路为三阶电路，其典型的传递函数如式(1-3)所示。
流量信号加速电路的最终传递函数由式(1-1)和式(1-3)相乘得到。当流量信号加速电路近似为二阶电路时，得到的时域瞬态仿真图如图3所示。当流量信号加速电路为三阶电路时，得到的时域瞬态仿真图如图12所示。从图12中可以看出，通过标定单元100对第二数字电位器R22的参数扫描(即数字控制第二数字电位器使其取不同阻值、此时第一数字电位器R21阻值固定)，可以得到一族快慢不同的加速响应曲线S1’。图中左半部分中曲线族S1’为电磁截止阀开启时流量信号加速电路的输出Vo的加速响应曲线，曲线S2为流量信号加速电路的输入Vi的加速响应曲线，图中右半部分中曲线族S3’为电磁截止阀关闭时流量信号加速电路的输出Vo的加速响应曲线，曲线S4为流量信号加速电路的输入Vi的加速响应曲线。与二阶电路相比，三阶电路在开启瞬间具有更快的加速作用，同时引入尖峰过冲信号，过冲信号恰好补偿了气体开启瞬间传感器信号的滞后。
需要说明的是，本实施例的数字单位器R22也为带有标准SPI通讯接口的数字电位器，数字电位器上的SDO、SCLK、DIN和SYNC是标准SPI通讯接口的4个信号线，其中SDO、SCLK和DIN是和第一实施例中的4个数字电位器共用的，SYNC是片选信号，SYNC5控制数字电位器R22是否被选中。在标定单元，当对数字电位器R22进行标定时，使用电缆线将图7中的接插件XS1和图8中的接插件XS2相连，使产品单元和标定单元连通。微处理器判断接到有效指令后，通过控制片选信号SYNC5来选中数字电位器R22，然后将数字电位器R22写入的阻值通过SPI通讯发送到数字电位器R22，标定完成后，电缆线拔除，数字电位器R22的标定阻值掉电不会丢失。
接下来将结合图13对本发明第二实施例的获取流量测量装置最佳响应时间的方法进行说明。实现该方法的响应时间测试系统除流量测量装置外，其余部分及连接关系与第一实施例相同，在此不再赘述。
本实施例的最佳响应时间的获取方法先将数字电位器R22置为最大值，即使得流量信号加速电路近似为二阶电路，然后通过对数字电位器R21的参数扫描，得到二阶电路的最快且无过冲的R21阻值，然后固定R21阻值不变，对数字电位器R22进行参数扫描，可进一步加快响应时间，得到最终的响应时间最快且过冲可被接受的数字电位器R21和R22的电阻值。
请参见图13，本实施例的最佳响应时间的获取方法包括以下步骤：
S1：在管路上依次连接气源、电磁截止阀和产品单元，打开电磁截止阀，使管路中气体流量为产品单元的流量传感器的满量程流量。
S2：将第一数字电位器R21的阻值设为0，设置第一数字电位器的第一步进阻值；将第二数字电位器R22的阻值设为最大值，设置第二数字电位器的第二步进阻值；
S3：以第一步进阻值调节第一数字电位器R21的阻值，根据每次调节后产品单元的输出信号确定流量测量响应时间最快且无过冲信号产生的第一数字电位器R21的阻值作为第一设定阻值。
具体地，本步骤包括：
S31：关闭电磁截止阀、之后重新开启电磁截止阀；
S32：采集产品单元的输出信号并计算出流量测量响应时间以及过冲信号的过冲量，记录对应的第一数字电位器的阻值；
S33：判断第一数字电位器的全部阻值是否已记录，若是执行步骤S34，否则执行步骤S35；
S34：选取过冲量为0且流量测量响应时间最快的第一数字电位器的阻值作为第一设定阻值；
S35：将第一数字电位器的阻值增加第一步进阻值并执行步骤S31。
至此，第一数字电位器的阻值固定，接下来将调节第二数字电位器的阻值。
S4：以第二步进阻值调节第二数字电位器的阻值，根据每次调节后产品单元的输出信号确定产生过冲信号且过冲量在预定范围内的第二数字电位器的阻值作为第二设定阻值。
本步骤中，具体包括：
S41：将第二数字电位器的阻值减小第二步进阻值；
S42：关闭电磁截止阀、之后重新开启电磁截止阀；
S43：采集产品单元的输出信号并计算出响应时间以及过冲信号的过冲量，并记录对应的第二数字电位器的阻值；
S44：判断过冲量是否在预定范围内，若是执行步骤S41，否则执行步骤S45；
由于数字电位器R22的阻值越小，流量信号加速电路的响应速度越快，因此在过冲量在允许范围内的情况下，希望数字电位器R22的阻值尽可能小。
S45：选取上一次记录的第二数字电位器的阻值作为第二设定阻值。
如果过冲信号的过冲量超出了允许范围，那么选取上一次记录的第二数字电位器的阻值，当第二数字电位器设置为该阻值时，过冲量在允许范围内且响应速度最快。
S5：将第一数字电位器的阻值设置为该第一设定阻值，将第二数字电位器的阻值设置为该第二设定阻值。
通过标定单元将第一设定阻值写入第一数字电位器，将第二设定阻值写入第二数字电位器，实现流量测量单元的快速响应及允许范围内的过冲量。
执行一次上述方法可获取通入某种气体时流量测量装置最佳响应时间对应的数字电位器R21和R22的阻值，如果流量测量装置需要通入多种不同种类的气体，可以每一种气体按上述方法获取一组数字电位器R21和R22阻值，这些阻值可存入上位机，当客户使用不同气体时，通过上位机和标定单元将该种气体对应的数字电位器R21和R22的阻值写入产品单元即可使用。
综上所述，本发明通过将流量测量装置分为产品单元和标定单元，在产品单元中设置包含二阶甚至三阶电路的流量信号加速电路并通过数字电位器调节流量信号加速电路的输出，使得产品相对于现有热式质量流量计在响应时间指标方面有很大提高，氮气实测响应时间可达到200ms。本发明的流量测量装置在在精度、线性、温度性能、抗振动性能方面均优于现有模拟式质量流量计；在成本方面优于现有数字式质量流量计。此外，本发明还提供了一种自动获取流量测量的最佳响应时间的方法，降低了人工成本和人为操作出错的概率。进一步地，可测试多种不同气体，即使气体密度有较大差异，也可通过标定单元配置不同的电路参数来获取最佳的响应时间。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
Claims (14)
1.一种流量测量装置，其特征在于，包括产品单元和标定单元，其中，
所述产品单元包括流量传感器、传感器驱动电路、传感器信号放大电路以及流量信号加速电路，其中所述流量信号加速电路与所述传感器信号放大电路相连，包括：
一阶低通滤波电路，用于滤除所述流量信号加速电路的输入信号中的高频信号；
传递函数为二阶的二阶电路，其包括第一数字电位器，用于调节所述二阶电路的输出；
所述标定单元与所述产品单元相连，用于设置所述第一数字电位器的电阻值，其中设置所述第一数字电位器的电阻值包括将所述第一数字电位器的初始的阻值设为0、设置所述第一数字电位器的第一步进阻值、以及在多次以所述第一步进阻值调节所述第一数字电位器的阻值后将所述第一数字电位器的阻值设置为第一设定阻值，所述第一设定阻值为根据每次调节后所述产品单元的输出信号确定流量测量响应时间最快且无过冲信号产生的第一数字电位器的阻值。
2.一种流量测量装置，其特征在于，包括产品单元和标定单元，其中，
所述产品单元包括流量传感器、传感器驱动电路、传感器信号放大电路以及流量信号加速电路，其中所述流量信号加速电路与所述传感器信号放大电路相连，包括：
一阶低通滤波电路，用于滤除所述流量信号加速电路的输入信号中的高频信号；
传递函数为三阶的三阶电路，其包括传递函数为二阶的二阶电路、第二数字电位器以及通过所述第二数字电位器与所述二阶电路相连的可构成三阶电路的子电路，所述三阶电路在开启瞬间产生过冲信号，所述二阶电路包括用于调节所述二阶电路输出的第一数字电位器；所述第二数字电位器用于调节所述三阶电路的输出；
所述标定单元与所述产品单元相连，用于设置所述第一数字电位器和第二数字电位器的电阻值，其中设置所述第一数字电位器和第二数字电位器的电阻值包括：将所述第一数字电位器的阻值设为0，设置所述第一数字电位器的第一步进阻值；将所述第二数字电位器的阻值设为最大值，设置所述第二数字电位器的第二步进阻值；以及在多次以所述第一步进阻值调节所述第一数字电位器的阻值后将所述第一数字电位器的阻值设置为第一设定阻值、在多次以所述第二步进阻值调节所述第二数字电位器的阻值后将所述第二数字电位器的阻值设置为第二设定阻值，其中所述第一设定阻值为根据每次调节后所述产品单元的输出信号确定流量测量响应时间最快且无过冲信号产生的第一数字电位器的阻值，所述第二设定阻值为根据每次调节后所述产品单元的输出信号确定产生过冲信号且过冲量在预定范围内的第二数字电位器的阻值。
3.根据权利要求1或2所述的流量测量装置，其特征在于，所述流量传感器包括惠斯登电桥，所述惠斯登电桥包括相邻的上游绕组和下游绕组，第一固定电阻和第二固定电阻，以及串联在所述第一固定电阻和第二固定电阻之间的第三数字电位器；所述标定单元设置所述第三数字电位器的电阻值。
4.根据权利要求3所述的流量测量装置，其特征在于，所述惠斯登电桥还包括并联于所述第三数字电位器一端和可调节点之间的第三固定电阻，以及并联于所述数字电位器另一端和所述可调节点之间的第四固定电阻。
5.根据权利要求1或2所述的流量测量装置，其特征在于，所述传感器信号放大电路包括仪表放大器以及与所述仪表放大器的输出端相连的第四数字电位器，所述第四数字电位器用于调节所述仪表放大器的输出电压；所述标定单元设置所述第四数字电位器的电阻值。
6.根据权利要求1或2所述的流量测量装置，其特征在于，所述传感器驱动电路包括恒流源和反馈电路，其中所述恒流源用于向所述流量传感器提供工作电流，所述反馈电路用于反馈所述流量信号加速电路的输入信号，所述反馈电路包括第五数字电位器，用于调节反馈比例；所述标定单元设置所述第五数字电位器的电阻值。
7.一种获取如权利要求1所述的流量测量装置的最佳响应时间的方法，其特征在于，包括：
S1：在管路上依次连接气源、电磁截止阀和所述产品单元，打开所述电磁截止阀，使所述管路中气体流量为所述产品单元的流量传感器的满量程流量；
S2：将所述第一数字电位器的阻值设为0，设置所述第一数字电位器的第一步进阻值；
S3：以所述第一步进阻值调节所述第一数字电位器的阻值，根据每次调节后所述产品单元的输出信号确定流量测量响应时间最快且无过冲信号产生的第一数字电位器的阻值作为第一设定阻值；
S4：将所述第一数字电位器的阻值设置为该第一设定阻值。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤S3包括：
S31：关闭所述电磁截止阀、之后重新开启所述电磁截止阀；
S32：采集所述产品单元的输出信号并计算出流量测量响应时间以及过冲信号的过冲量，记录对应的所述第一数字电位器的阻值；
S33：判断所述第一数字电位器的全部阻值是否已记录，若是执行步骤S34，否则执行步骤S35；
S34：选取过冲量为0且流量测量响应时间最快的第一数字电位器的阻值作为所述第一设定阻值；
S35：将所述第一数字电位器的阻值增加所述第一步进阻值并执行步骤S31。
9.一种获取如权利要求2所述的流量测量装置的最佳响应时间的方法，其特征在于，包括：
S1：在管路上依次连接气源、电磁截止阀和所述产品单元，打开所述电磁截止阀，使所述管路中气体流量为所述产品单元的流量传感器的满量程流量；
S2：将所述第一数字电位器的阻值设为0，设置所述第一数字电位器的第一步进阻值；将所述第二数字电位器的阻值设为最大值，设置所述第二数字电位器的第二步进阻值；
S3：以所述第一步进阻值调节所述第一数字电位器的阻值，根据每次调节后所述产品单元的输出信号确定流量测量响应时间最快且无过冲信号产生的第一数字电位器的阻值作为第一设定阻值；
S4：以所述第二步进阻值调节所述第二数字电位器的阻值，根据每次调节后所述产品单元的输出信号确定产生过冲信号且过冲量在预定范围内的第二数字电位器的阻值作为第二设定阻值；
S5：将所述第一数字电位器的阻值设置为该第一设定阻值；将所述第二数字电位器的阻值设置为该第二设定阻值。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤S3包括：
S31：关闭所述电磁截止阀、之后重新开启所述电磁截止阀；
S32：采集所述产品单元的输出信号并计算出流量测量响应时间以及过冲信号的过冲量，记录对应的所述第一数字电位器的阻值；
S33：判断所述第一数字电位器的全部阻值是否已记录，若是执行步骤S34，否则执行步骤S35；
S34：选取过冲量为0且流量测量响应时间最快的第一数字电位器的阻值作为所述第一设定阻值；
S35：将所述第一数字电位器的阻值增加所述第一步进阻值并执行步骤S31。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤S4包括：
S41：将所述第二数字电位器的阻值减小所述第二步进阻值；
S42：关闭所述电磁截止阀、之后重新开启所述电磁截止阀；
S43：采集所述产品单元的输出信号并计算出流量测量响应时间以及过冲信号的过冲量，并记录对应的所述第二数字电位器的阻值；
S44：判断所述过冲量是否在预定范围内，若是执行步骤S41，否则执行步骤S45；
S45：选取上一次记录的第二数字电位器的阻值作为所述第二设定阻值。
12.一种流量测量装置响应时间的测试系统，用于实现如权利要求7或10所述的方法，其包括：
依次在管路上相连的所述气源、所述电磁截止阀、所述流量测量装置的产品单元以及流量计标准单元，所述流量计标准单元用于以与所述产品单元不同的方式测量气体流量；
所述标定单元，通过电缆线与所述产品单元相连；
上位机，与所述产品单元和流量计标准单元相连，所述上位机根据所述产品单元的输出信号计算所述过冲信号的过冲量，并结合所述流量计标准单元的输出信号计算所述产品单元的流量测量响应速度。
13.根据权利要求12所述的测试系统，其特征在于，所述上位机与所述标定单元相连，用于发出指令使所述标定单元设置相应的数字电位器的阻值。
14.根据权利要求12所述的测试系统，其特征在于，所述上位机还与所述电磁截止阀相连，用于控制所述电磁截止阀的开关。
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