CN201034658Y - 热式气体流量计 - Google Patents

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CN201034658Y CNU2006200164089U CN200620016408U CN201034658Y CN 201034658 Y CN201034658 Y CN 201034658Y CN U2006200164089 U CNU2006200164089 U CN U2006200164089U CN 200620016408 U CN200620016408 U CN 200620016408U CN 201034658 Y CN201034658 Y CN 201034658Y
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CNU2006200164089U
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贾永平
张勇
成宏伟
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Abstract

本实用新型公开一种热式气体流量计，包括桥式电路、与所述桥式电路相连对其进行电流控制的电流控制部分和用于接收来自桥式电路的信号并对其校正后输出的校正电路模块，其特征是：所述校正电路模块包括依次相连的ADC电路、单片机和DAC电路。由于采用了单片机实现输出特性的校正，与激光修调方案相比，降低了生产工艺的复杂度及对设备的要求；与DSP校正计算方案相比，不必使用专用LSI和DSP芯片，降低了成本。

Description

热式气体流量计
技术领域
本实用新型涉及一种热式气体流量计，特别是具有输出特性校正功能的热式气体流量计。
背景技术
热式气体流量计采用热学原理进行气体流量的测量，主要由桥式电路和输出信号调理电路组成。流量敏感元件(如铂电阻、铂丝或铂膜等)与温度补偿元件均安装于气体通路内，并与其它电阻元件组成桥式电路，将气体流量的变化转换为桥臂输出电压的变化，从而实现气体质量流量的测量。但是由于电路元件，特别是流量敏感元件本身存在静态误差和动态误差，因此不同电路的输出电压特性将有差异，从而带来测量误差。
现在解决以上问题的一种方案是采用厚膜电路进行激光在线功能修调，微调电阻参数，使输出特性达到流量计误差要求范围。由于热式流量计的输出特性曲线是非线性的，而激光修调采用的是两点线性修调，因此在调整点之外必定存在误差。而且激光修调过程是不可逆的，一旦修调过量将不可恢复，易产生废品。
在专利文献CN00819323中提到了另外一种方案，即加入校正计算电路环节。首先利用外部计算机计算出电路校正系数，然后写入电路PROM(Programmable Read-Only Memory，可编程只读存储器)中，利用DSP(digital signal processing，数字信号处理器)通过高于二次的多项表达式校正输出特性，使之接近目标特性。此种方法的缺点在于校正系数计算算法复杂，需要用DSP芯片来实现，并使用专用LSI(Large-scaleintegration，大规模集成电路)，成本较高，目前仍未实用化。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了解决现有技术中成本高的问题，提出一种热式气体流量计。
本实用新型实现上述目的的热式气体流量计包括桥式电路、与所述桥式电路相连对其进行电流控制的电流控制部分和用于接收来自桥式电路的信号并对其校正后输出的校正电路模块，其特征是：所述校正电路模块包括依次相连的ADC电路、单片机和DAC电路。
根据本实用新型实施例，本实用新型还可以具有如下特征：
所述单片机为具有ISP功能的单片机。
所述校正电路模块是采用映射查表算法对信号进行校正的方法的校正电路模块。
由于采用了单片机实现输出特性的校正，与激光修调方案相比，降低了生产工艺的复杂度及对设备的要求；与DSP校正计算方案相比，不必使用专用LSI和DSP芯片，降低了成本。
采用具有ISP功能的单片机，使得软件可反复擦写，降低了废品率；流量计经过长期使用性能劣化后，可以通过软件调整改善其特性；保持电路结构不变，通过改变目标映射数据表可以调节流量计的量程。
采用映射查表算法，算法简单，执行速度快。
附图说明
图1是本实用新型实施例热式气体流量计的电路原理框图；
图2是常规热式气体流量计的输出特性曲线图；
图3是本实用新型实施例的实施过程图；
图4是本实用新型实施例输出特性校正的流程图；
图5是校正前和校正后的输出特性曲线图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
为了便于理解，在描述具体的实施例之前，先对热式气体流量计的原理进行一个简单的介绍。如图1所示，热式气体流量计一般都包括桥式电路7、信号调理电路1等。其中信号调理电路是常规电路，它包括包括直流偏置、信号幅度放大等环节。图1中RH为流量敏感元件(如铂电阻、铂丝或铂膜等)，RK为温度补偿电阻。两电阻均安装于气体通道中，与电阻R1、R2、R3构成桥式电路。此外，还有运算放大器2和用于电流控制的晶体管6，构成电流控制部分8。在正常工作条件下，RH的温度保持高于气流温度120℃左右，使电桥达到平衡。当通道内有气体流过时，RH的温度将下降，电阻减小，使电桥失去平衡。通过运算放大器和晶体管的电流控制，流经RH的加热电流IH将增大，使RH恢复正常工作温度，回到平衡状态。气体流量越大，需要的加热电流IH越大。因此精密电阻R3的两端会输出与气体流量相应的电压。输出电压与气体流量之间的关系近似于四次方根，低流量时灵敏度较高，如图2所示。
本实施例的热式气体流量计还包括一个输出校正电路模块9；此校正模块由ADC(Analog-to-Digital Conversion，模数转换)电路、DAC(Digital-to-Analog Conversion，数模转换)电路和具有ISP(In-SystemProgramming，在系统可编程)功能的单片机(即图1中的MCU5)组成，并预留ISP接口；运用映射查表算法实现输出特性的校正。
如图1所示，气体流量计电路除包括上述桥式电路7、信号调理电路1外，还包括上述校正电路模块9，并预留VO1输出接口和单片机ISP接口。具体实施过程见图3。首先用气体流量标准装置(如音速喷嘴流量标准装置)标定流量计，通过外接计算机采集校正前输出电压VO1。因为低流量时灵敏度高，所以标定流量点的选择应在低流量时选择得更密一些，例如应至少选择Qmin，0.15Qmax，0.25Qmax，0.4Qmax，0.7Qmax，Qmax六个点。显然，标定流量点越多，越有利于测量精度的提高。根据标定结果列出校正前流量一电压映射数据表。然后将校正前的映射数据表和目标映射数据表写入校正程序。通过单片机的ISP接口，用外接计算机将校正程序写入单片机ROM。
流量计输出特性校正的流程(即校正程序的流程)如图4所示。校正前输出电压VO1经ADC，输入MCU。校正程序根据ROM中的校正前映射数据表，执行查表算法(如线性插值等)，得到VO1对应的气体流量Q。再根据当前的气体流量Q，对目标映射数据表执行查表算法，得到对应目标输出电压值的数字量。后经DAC输出VOUT。至此，已将校正前的流量一电压映射数据转化为了目标映射数据，校正了流量计的输出特性，如图5所示。图5中，长虚线为校正前特性曲线，短虚线为校正后特性曲线，实线为目标特性曲线。
综上所述，本实用新型提供一种热式气体流量计，采用具有ISP功能的单片机及映射查表算法，实现输出特性的校正，在较低成本条件下提高测量精度，降低废品率。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种热式气体流量计，包括桥式电路(7)、与所述桥式电路(7)相连对其进行电流控制的电流控制部分(8)和用于接收来自桥式电路(7)的信号并对其校正后输出的校正电路模块(9)，其特征是：所述校正电路模块(9)包括依次相连的ADC电路(3)、单片机(5)和DAC电路(4)。
2.如权利要求1所述的热式气体流量计，其特征是：所述单片机(5)为具有ISP功能的单片机。
3.如权利要求1或2所述的热式气体流量计，其特征是：所述校正电路模块(9)是采用映射查表算法对信号进行校正的方法的校正电路模块。
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