CN200962046Y - 热式气体质量流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热式气体质量流量计，由流量计基体及置于其头端的感应探头组成，流量计基体内置信号处理电路单元，在流量计基体头端设有特定通道，所述的感应探头安装在特定通道内，其由一流量感应元件及一温度感应元件组合构成，两个感应元件保持一固定温差。本实用新型可直接进行质量流量测量，毋需进行温度、压力等的修正，且测量的数据误差小，从而使测量精准和简单化。

Description

热式气体质量流量计

技术领域

本实用新型涉及一种热式气体质量流量计。

背景技术

从日常生活到大规模的工业生产以及气象、环保、石油、化工、国防等众多领域经常会遇到气体流量的测量问题。目前可供使用的流量计已超过100多种，其测量原理、测量方法和结构各有其特征。

有关气体质量流量的测量多是采用由传感系统和二次仪表组成的测量系统来完成，所述传感系统一般都包括速度流量或差压式流量计以及压力、温度变送器，因此相对而言它结构复杂、体积大且布线复杂，从而造成测量误差大、成本高、使用不便，因此无法使气体质量流量的测量设备简单化和高精度化。

目前亦有一些改进型气体质量流量计技术问世，如中国专利“质量气流传感器及其所用测量器”(专利号：96100286)、“一种集成硅膜热流量传感器及其制造方法”(专利号：90104888)、“热式质量流量传感器发明名称”(专利号：98224228)等；但它们共同的缺陷是：由于其结构(尤其是探头入口前方结构)不符合空气动力学要求，使其测量的数据误差较大，难于修正。

还有一些传统的体积流量计(如孔板式等形式流量计)，需同时对温度、压力进行监测，测量繁琐且可靠性差。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构合理的热式气体质量流量计，其可直接进行质量流量测量，毋需进行温度、压力等的修正，且测量的数据误差小，从而使测量精准和简单化。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：一种热式气体质量流量计，由流量计基体及置于其头端的感应探头组成，流量计基体内置信号处理电路单元，在流量计基体头端设有特定通道，所述的感应探头安装在特定通道内，其由一流量感应元件及一温度感应元件组合构成，两个感应元件保持一固定温差。

所述特定通道呈“L”型或“S”型。通道入口处设计符合空气动力学要求的结构状。

所述的流量感应元件为受热铂电阻，所述的温度感应元件为测温铂电阻或其它测温元件。

所述信号处理电路单元包括：一惠斯登电桥，由受热铂电阻与三个固定电阻构成；一温度补偿电路，由测温铂电阻与固定电阻及运算放大器构成；一开环增益放大器；一后续信号处理电路，由放大调零电路与微分电路构成；惠斯登电桥由开环增益放大器直接驱动，开环增益放大器的输出端与受热铂电阻的一端连接；测温铂电阻的一端接开环增益放大器的负输入端，另一端经一固定电阻与电桥电阻相连；惠斯登电桥的信号输出接后续信号处理电路的输入端。

本实用新型的优点是：

a.测量简单、可靠：直接测量气体的质量流量，无需象传统的体积流量计那样需同时对温度、压力进行监测。

b.有温度度自补偿功能，即在很宽的温度范围内，流量计的零点信号输出及灵敏度温漂能保持较高的精度。而无需靠软件的方法进行温度修正，即使在流过受热铂电阻的电流较小的情况下，也能正常工作而不影响测量精度。

c.较宽的量程比，高达100∶1，远远高于差压(3∶1)，涡街(10∶1)，此点对气体的贸易计量尤显其优势。

d.对气体的洁净度要求不高，且便于安装及清洗维护。

e.压力损失小，可忽略不计。

附图说明

图1为本实用新型一实施例结构示意图

图2为本实用新型另一实施例结构示意图

图3为本实用新型又一实施例结构示意图

图4为本实用新型再一实施例结构示意图

图5为本实用新型电路原理图

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4所示，本实用新型热式气体质量流量计由流量计基体2、感应探头1及其信号处理电路单元3构成，探头安装在一特定通道4内。上述各图为本实用新型热式气体质量流量计安装状态下的多种实施例结构示意图，其中21为密封圈、22为流量计支架、23为插头、24为气流管道(探测路径中的管道)。

所述的感应探头1部分主要由一个铂电阻及固持部分组成，并与另一个感温电阻置于同一流场中，且保持一适当距离。其中一只铂电阻RH通过电路加入较大电流，而产生一定的温升，该电阻称之为受热电阻，另一只感温电阻RC加入尽可能小的电流。使其几乎不产生温升，用于检测环境温度，称之为测温电阻。所设计的电路能使受热电阻和测温电阻保持恒定的温差(参见图5)。

如图1所示，所述的特定通道401呈“L”型。如图2、图3、图4所示，所述的特定通道401’亦可呈“S”型通道。通道的表面应光滑流畅。

本实用新型热式气体质量流量计的特定通道无论是呈“L”型还是“S”型，通道的表面光滑流畅主要目的是为了克服现有热式质量流量计探头处气流流通通道结构的不足，对入口处均可采用多种形式的符合空气动力学要求的结构状：1)通道入口处靠探头侧端角4011呈斜插状，且由宽至窄；另一侧端角4012呈圆角(参见图1所示)。2)通道入口处靠探头侧端角4021呈单圆角状，且由宽至窄；另一侧端角4022呈圆角(参见图2所示)。3)通道入口处靠探头侧端角4031呈双圆角状，且由宽至窄；另一侧端角4032呈圆角(参见图3所示)。4)通道入口处靠探头侧端角4041呈先直角再圆角状，且由宽至窄；另一侧端角4042呈圆角(参见图4所示)。采用本实用新型入口设计方案形式可减少气流的阻力，同时使进入流通通道的气流不产生分离，流场均匀稳定。

如图5所示：所述信号处理电路单元由两大部分构成。远算放大器A1、A2构成基本电路部分31，运算放大器A3、A4构成后续信号处理部分32。

电路的主要构成：包括

一惠斯登电桥311，由受热铂电阻RH与三个固定电阻构成；

一温度补偿电路312，由测温电阻RC与固定电阻及运算放大器构成；

一开环增益放大器A2；

一后续信号处理电路，由放大调零电路与微分电路构成；

惠斯登电桥由开环增益放大器A2直接驱动，开环增益放大器A2的输出端与受热铂电阻的一端连接；测温电阻RC的一端接开环增益放大器A2的负输入端，另一端经一固定电阻R4与电桥之一电阻R1相连；惠斯登电桥的信号输出接后续信号处理电路32的输入端。

基本电路部分是整个电路的核心，它由电阻R1、R2、R3、R5、受热铂电阻RH、测温铂电阻RC、运算放大器A1、A2组成。电阻R1、受热铂电阻RH、三极管T、运算放大器A2构成测量流量电路，电阻R2、R3、R5、运算放大器A1、测温铂电阻RC构成测主环境温度电路，电路保证RH的温度减RC的温度为一个恒定的温差，这样就保证了环境温度的变化对所测流量没有影响。其中RH为受热铂电阻，RC为测温铂电阻，它们与固定电阻R1、R2、R3共同决定基本电路的工作点。调整一个电阻都会使工作点发生变化。一般取两个铂电阻为同一型号规格，受热铂电阻RH的阻值是R1的数倍。当受热铂电阻RH、测温铂电阻RC、电阻R1、R4取定值后，电路(或流量计谋的最佳工作点也一定。所谓最佳工作点是指环境温度或流体温度发生变化时，流量计的零点湿度飘移和灵敏度.温度飘移都为最小，以保证测量不受温度影响，三极管T是为向受热铂电阻提供足够的工作电流。同时也为减小对运算放大器A2的影响。当工作电流较小时，该三极管T也可以省去，运算放大器A1接成跟随器形式，它能保证向测温铂电阻RC提供较小电流，同时又与受热铂电阻RH相隔离。运算放大器A2为开环形式，利用共开环增益大的特点，构成开环高增益放大器，其输入端分别与受热铂电阻RH、测量铂电阻RC一端相连，当受热铂电阻RH、测量铂电阻RC、电阻R1、R4选定后，通过改变电阻R3与R2比值的方法使受热电阻和测温电阻两者的温差在一定的温度范围内为恒定。以保证流量计灵敏度不受温度影响。调整电阻R5与R6的比值，可使流量计零点输出不受温度影响。

所述后续信号处理部分电路的作用是对基本电路的输出信号作进一步处理，它由两部份构成。即由运算放大器A3构成的放大调零部分和由运算放大器A4构成的微分电路。调整电阻R7、R8以得到所需的放大倍数。调整电阻R9可调整信号及输出零点。微分电路是进一步提高流量计的响应而设置的，在响应速度要求不高时可以省去。

本实用新型热式质量流量计适用于单一气体和固定比例多组份气体的测量。

Claims (6)

1、一种热式气体质量流量计，由流量计基体及置于其头端的感应探头组成，流量计基体内置信号处理电路单元，其特征在于：在流量计基体头端设有特定通道，所述的感应探头安装在特定通道内，其由一流量感应元件及一温度感应元件组合构成，两个感应元件保持一固定温差。

2、根据权利要求1所述的热式气体质量流量计，其特征在于：所述的特定通道呈“L”型或“S”型。

3、根据权利要求2所述的热式气体质量流量计，其特征在于：所述的特定通道入口处设计符合空气动力学要求的结构状。

4、根据权利要求3所述的热式气体质量流量计，其特征在于所述通道入口处符合空气动力学要求的结构状为：靠探头侧端角呈斜插状或单圆角、双圆角状，且由宽至窄；另一侧端角呈圆角。

5、根据权利要求3所述的热式气体质量流量计，其特征在于所述通道入口处符合空气动力学要求的结构状为：靠探头侧端角呈先直角再圆角状，且由宽至窄；另一侧端角呈圆角。

6、根据权利要求1所述的热式气体质量流量计，其特征在于：所述的流量感应元件为受热铂电阻，所述的温度感应元件为测温铂电阻。

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