CN201094048Y - 质量流量传感器及质量流量控制装置 - Google Patents

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CN201094048Y CNU2007201900050U CN200720190005U CN201094048Y CN 201094048 Y CN201094048 Y CN 201094048Y CN U2007201900050 U CNU2007201900050 U CN U2007201900050U CN 200720190005 U CN200720190005 U CN 200720190005U CN 201094048 Y CN201094048 Y CN 201094048Y
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牟昌华
赵迪
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Abstract

本实用新型公开了一种质量流量传感器及质量流量控制装置，质量流量传感器包括惠斯特电桥，在惠斯特电桥的上游绕组和下游绕组处分别设有温度传感器。质量流量控制装置根据上游绕组和下游绕组的温度信息，计算由于上游绕组和下游绕组的不对称而引起的流量的误差值，并根据该误差值对流量进行补偿。消除了上、下游绕组不一致而带来的误差项，消除了装置的可能零飘。结构简单、精度高。

Description

质量流量传感器及质量流量控制装置
技术领域
本实用新型涉及一种计量技术，尤其涉及一种质量流量传感器及质量流量控制装置。
背景技术
气体质量流量控制器(MFC)是一种可以精确测量和控制气体质量流量的仪器。
如图1所示，现有技术中的气体质量流量控制器包括传感器，传感器测得的流量信号经过放大，并与设定信号进行比较，然后根据比较的结果控制电磁阀的开关。
如图2所示，所述的传感器实际上是一个惠斯特电桥，包括两个固定电阻R1、R2，还包括缠绕在气体管路3上的上游绕组1和下游绕组2。当管路3中的气体流量发生变化时，会引起上游绕组1和下游绕组2的温度的变化，温度变化即会引起上游绕组1和下游绕组2的电阻的变化，电阻的变化会引起惠斯特电桥输出电压V1的变化。也就是说传感器的输出电压V1是管路中气体质量流量的函数。MFC正是根据这个函数关系计算和控制气体的质量流量的。
上述现有技术至少存在以下缺点：
由于传感器的制作工艺，往往会导致传感器上游绕组1和下游绕组2的不对称，即上游绕组1和下游绕组2的电阻值存在一定的差值dr，这个差值dr会引起气体流量的测量值的误差。
因此，传感器的输出电压V1不仅仅是气体质量流量
Figure S2007201900050D00012
的函数，而且还是dr的函数。随着流量
Figure S2007201900050D00013
的变化，电压V1将随着差值dr变化，而且该变化呈非线性，在现有模拟技术中，无法对dr进行补偿，因此造成了现有技术中的气体质量流量计有较为严重的零飘现象，造成流量计的线性差，重复性差，流量计的精度不好等多种问题。为了补偿这些误差，往往通过复杂的补偿电路进行补偿，但补偿电路中引入了元器件的误差，导致装置的整体精度的进一步下降。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单、精度高的质量流量传感器及质量流量控制装置。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
本实用新型的质量流量传感器，包括惠斯特电桥，包括上游绕组、下游绕组，所述上游绕组和下游绕组分别为所述惠斯特电桥中的两个相邻的电阻，所述上游绕组和下游绕组分别缠绕在流体管道的上游和下游，所述上游绕组和下游绕组分别设有温度传感器。
本实用新型的质量流量控制装置，该装置包括上述的质量流量传感器，还包括信号处理装置和电磁阀，所述质量流量传感器的惠斯特电桥和温度传感器的输出端与所述信号处理装置的输入端分别电连接，所述信号处理装置的输出端与所述电磁阀电连接。
由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型所述的质量流量传感器及质量流量控制装置，由于上游绕组和下游绕组分别设有温度传感器，信号处理装置接收惠斯特电桥的电压信号和温度传感器的温度信号，可以根据上游绕组和下游绕组的温度信息对惠斯特电桥的电压信号进行补偿，从而对流体的质量流量进行误差补偿计算和控制。结构简单、精度高。
附图说明
图1为现有技术中的气体质量流量控制器的电路原理图；
图2为现有技术中的气体质量流量控制器的传感器的结构示意图；
图3为本实用新型的传感器的结构示意图；
图4为本实用新型的质量流量控制装置的电路原理图；
图5为本实用新型的质量流量控制装置的原理框图。
具体实施方式
本实用新型的质量流量传感器，其较佳的具体实施方式如图3所示，包括惠斯特电桥，惠斯特电桥一般包括4个电阻，其中第一电阻R1和第二电阻R2相邻设置，为固定电阻。
第三电阻和第四电阻相邻设置，分别为上游绕组1、下游绕组2，上游绕组1和下游绕组2分别缠绕在流体管道3的上游和下游，流体管道3中可以通过液体或气体等流体。
上游绕组1和下游绕组2分别设有温度传感器，可以是上游绕组1和下游绕组2分别设有单独的温度传感器，也可以是上游绕组1和下游绕组2设有一个温度传感器，同时测量二者的温度。
本实用新型的质量流量控制装置，其较佳的具体实施方式如图4所示，包括上述的质量流量传感器，还包括信号处理装置和电磁阀，质量流量传感器的惠斯特电桥输出电压信号，质量流量传感器的温度传感器输出温度信号，信号处理装置接收所述电压信号和温度信号并进行处理，得出流体的流量信息，之后根据处理后的结果对电磁阀进行控制。
其中，信号处理装置可以为数字信号处理装置，如高速DSP(数字信号处理器)等。此时，数字信号处理装置的输入端和输出端可以分别连接有A/D(模/数)转换器和D/A(数/模)转换器。
如图5所示，数字信号处理装置包括数字控制算法单元和数字补偿算法单元。其中，数字控制算法单元可以根据惠斯特电桥的电压信号计算流体管道中流体的流量；数字补偿算法单元可以根据温度传感器的温度信号计算流量的误差值，并根据该误差值对所述流量进行补偿；
也可以是数字补偿算法单元先对惠斯特电桥的电压信号进行补偿计算，然后数字控制算法单元可以根据补偿后的惠斯特电桥的电压信号计算流量。
信号处理装置设有外部通信接口，可以与外部进行通信，如上位机、控制中心等。
本实用新型的工作原理是，首先根据流体流过惠斯特电桥的上游绕组和下游绕组时，惠斯特电桥的输出电压信号及上游绕组和下游绕组的温度信号计算流体的流量，之后根据计算的流量值对流体的流量进行控制。
具体在计算流体的流量时，首先根据惠斯特电桥输出的电压信号计算流体的流量，然后根据上游绕组和下游绕组的温度信号计算所述流量的误差值，并根据该误差值对所述流量进行补偿。
由于电压是流量的函数，电压的变化是由流量的变化引起的，因此，也可以是首先对惠斯特电桥的电压信号进行补偿计算，然后可以根据补偿后的惠斯特电桥的电压信号计算流量。
具体计算方法是：
首先，采用高精度的温度传感器，可以分别测量质量流量传感器上游绕组的温度信号Tup，和下游绕组的温度信号Tdown；
然后，求上、下游绕组的温度信号差Tsensor＝Tdown-Tup；
再求上、下游绕组的温度信号差的变化率ΔTsensor＝Δ(Tdown-Tup)。
之后，以上述三个参数为变量，通过函数f(Tdown，Tsensor，ΔTsensor)，或f(Tup，Tsensor，ΔTsensor)，计算由于上游绕组和下游绕组的不对称而引起的惠斯特电桥输出电压的误差。这个函数关系可以在质量流量传感器制作过程中通过测定、分析或统计的方法获得。
然后，计算Vdsp＝V1-f(Tdown，Tsensor，ΔTsensor)；或Vdsp＝V1-f(Tup，Tsensor，ΔTsensor)
式中，Tdown为下游绕组的温度信号；Tup为上游绕组的温度信号，
V1为惠斯特电桥输出的电压信号，
Vdsp为对惠斯特电桥输出的电压信号进行补偿后的值。
本实用新型中Vdsp抵消了因为传感器上下游绕组不一致而带来的误差项，同时装置还可以抵消由于电路而带来的误差项。同时，采用了该项技术电路设计也大为化简，不需要补偿线性、温度等带来的问题。
装置在原有MFC(质量流量控制器)的基础上，提出了新型的传感器原理及数据处理方法，并采用了全数字DSP处理方式，装置响应时间快，装置精度可以达到1％读数以下，同时从原理上消除了装置的可能零飘。同时装置可以通过通讯端口与上位机进行通讯，进行实时在线计算机控制。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种质量流量传感器，包括惠斯特电桥，其特征在于，包括上游绕组、下游绕组，所述上游绕组和下游绕组分别为所述惠斯特电桥中的两个相邻的电阻，所述上游绕组和下游绕组分别缠绕在流体管道的上游和下游，所述上游绕组和下游绕组分别设有温度传感器。
2.一种质量流量控制装置，其特征在于，该装置包括权利要求1所述的质量流量传感器，还包括信号处理装置和电磁阀，所述质量流量传感器的惠斯特电桥和温度传感器的输出端与所述信号处理装置的输入端分别电连接，  所述信号处理装置的输出端与所述电磁阀电连接。
3.根据权利要求2所述的质量流量控制装置，其特征在于，所述信号处理装置为数字信号处理装置，所述数字信号处理装置的输入端和输出端分别连接有模/数转换器和数/模转换器。
4.根据权利要求3所述的质量流量控制装置，其特征在于，所述数字信号处理装置包括数字控制算法单元和数字补偿算法单元。
5.根据权利要求2、3或4所述的质量流量控制装置，其特征在于，所述信号处理装置设有外部通信接口。
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C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Beijing Sevenstar Qualiflow Electronic Equipment Manufacturing Co., Ltd.

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Contract fulfillment period: 2009.7.1 to 2014.6.30

Contract record no.: 2009110000185

Denomination of utility model: Mass flow sensor and mass flow control apparatus

Granted publication date: 20080730

License type: Exclusive license

Record date: 20090826

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Free format text: EXCLUSIVE LICENSE; TIME LIMIT OF IMPLEMENTING CONTACT: 2009.7.1 TO 2014.6.30; CHANGE OF CONTRACT

Name of requester: BEIJING SEVEN STAR FLOWR ELECTRONIC EQUIPMENT MANU

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CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20080730