CN202693052U - 一种低功耗热式气体流量测量电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种低功耗热式气体流量测量电路。本实用新型包括由测温电阻R h 、速度探头电阻R t 和精密电阻R 1 、R 2 连接成电桥构成的传感器、信号放大器、滤波器、单片机和电压可控供电电路，传感器的输出电压信号经放大器放大后与滤波器的输入端相连，滤波器的输出端与单片机的AD采样接口相连，单片机的IO端口与电压可控供电电路的输入端相连，电压可控供电电路的输出端与传感器的输入端相连。本实用新型结构简单，以测温电阻R t 、速度探头电阻R h 以及两个精密电阻构成的电桥作为测量元件，设计了气体流量测量电路，采用恒温法测量气体流量。该测量电路采用间歇式供电，不仅能有效降低功耗，而且防止电压瞬间升高烧坏探头。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种热式气体流量测量电路，尤其适用于低功耗热式气体流量检测仪表。
背景技术
热式气体流量计是利用流体流过外热源加热的管道时产生的温度场变化来测量流体质量流量的仪表。具有压损低，量程比宽，高精度、高重复性和高可靠性，无可动部件，甚至可用于测量温度极低气体流量等优点。目前热式气体流量计已广泛应用与航空航天，工业生产以及天然气运输等行业。它的基本原理是基于加热传感元件的对流传热。当有气体流过加热元件表面时，会带走一部分热量，引起电阻阻值的变化，这个变化量与气体的流量和温度有关，通过测量该电阻值的变化，就能测得气体的流量。
热式气体流量计在使用的时候，有时会出现组合热膜探头在上电瞬间烧坏的情况。经过分析后发现，在仪表上电的时候，热膜探头的加热电阻一端瞬间会产生一个较大的电压。探头在未上电时处于冷态，其阻值较低。突然产生的大电压使探头加热电阻瞬间产生很高的热量，而组合热膜探头陶瓷基片厚度很薄，仅为0.15mm，因此其热容量很低，瞬间产生的高热量对探头形成热冲击，很容易烧毁探头，解决探头热冲击问题能有效改善热式气体流量计的可靠性，大大降低维护成本。另外，热式气体流量计需要对探头加热，功耗相对其他流量检测仪表大，因此降低系统功耗，延长电池的使用寿命也是降低成本的有效手段之一。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种低功耗热式气体流量测量电路，采用间歇式供电，解决了探头热冲击问题，降低了功耗，提高了系统可靠性。
本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为：
本实用新型包括由测温电阻R h 、速度探头电阻R t 和精密电阻R 1 、R 2 连接成电桥构成的传感器、信号放大器、滤波器、单片机和电压可控供电电路，传感器的输出电压信号经放大器放大后与滤波器的输入端相连，滤波器的输出端与单片机的AD采样接口相连，单片机的IO端口与电压可控供电电路的输入端相连，电压可控供电电路的输出端与传感器的输入端相连。
本实用新型结构简单，以测温电阻R t 、速度探头电阻R h 以及两个精密电阻构成的电桥作为测量元件，设计了气体流量测量电路，采用恒温法测量气体流量。该测量电路采用间歇式供电，不仅能有效降低功耗，而且防止电压瞬间升高烧坏探头。实验表明，采用本实用新型测量气体流量精度可达1％，流量量程比近100：1。
附图说明
图1是低功耗热式气体流量测量电路结构示意图；
图2是低功耗热式气体流量测量电路的一种具体电路实例。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
参照图1，本实用新型包括由两个精密电阻R 1 、R 2 、测温电阻R h 和速度探头电阻R t 连接成非平衡电桥构成的传感器2、信号放大器3、滤波器4、单片机5和电压可控供电电路1，传感器2的输出电压信号V经放大器3放大后与滤波器4的输入端相连，滤波器4的输出端与单片机5的AD采样接口相连，单片机5的IO端口与电压可控供电电路1的输入端相连，电压可控供电电路1的输出端与传感器2的输入端相连。
图2是低功耗热式气体流量测量电路的一种具体电路实例，图例中，信号放大器采用TLC2254芯片。芯片TLC2254的第5脚分别与电阻R12的一端和电阻R13的一端连接，电阻R12的另一端接传感器1输出信号V；电阻R13的另一端接地，芯片TLC2254的第6脚分别与电阻R11和电阻R14的一端连接，电阻R11的另一端分别与电阻R10的一端和电位器W1的一端连接，电阻R10的另一端接地，电位器W1的另一端接2.5V电压源，电阻R14的另一端分别与芯片TLC2254的第7脚和电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端和芯片TLC2254的第9脚连接，芯片TLC2254的第10脚分别与电阻R16的一端和电阻R17的一端连接，电阻R16的另一端接地，电阻R17的另一端和电位器W2的一端连接，电位器W2的另一端分别与芯片TLC2254的第11脚和滤波器的输入端连接。
滤波器与信号放大器共同采用同一款TLC2254芯片，芯片TLC2254的第12脚分别与电阻R21的一端和电容C21的一端连接，电容C21的另一端接地，电阻R21的另一端分别与电阻R20的一端和电容C20的一端连接，电容C20的另一端接地，电阻R20的另一端和信号放大器的输出端连接，芯片TLC2254的第13脚和第14脚连接，第14脚为滤波器的输出端，与单片机的AD采用端，即第75脚连接。
单片机采用MSP430F425芯片，单片机的第8脚分别与晶振Y的一端和电容C1的一端连接，电容C1的另一端分别与地和电容C2的一端连接，电容C2的另一端分别与晶振Y的另一端和单片机的第9脚连接，单片机的第1脚和第52脚分别电解电容CD1的负极和电容C3的一端连接，单片机的第79脚和第53脚分别与电容CD1的正极、电容C3的另一端以及地连接。单片机的第80脚分别与电解电容CD2的负极和电容C4的一端连接，单片机的第78脚分别和电解电容CD2的正极、电容C4的另一端以及地连接。单片机的第65脚为PWM输出端，与电压可控供电电路的输入端连接。
电压可控供电电路采用三极管MJD122和2803芯片。三极管MJD122的集电极接12V，基极接芯片2803的第一脚，芯片2803的第9脚接地，第19脚和单片机的第65脚连接。发射极与传感器的输入脚连接，为传感器供电。
传感器采用组合膜式探头，速度探头电阻Rh的一端分别与电压可控供电电路的输出端和测温电阻Rt的一端连接，速度探头电阻Rh的另一端分别与信号放大器的输入端和精密电阻R1的一端连接，测温电阻Rt的另一端和精密电阻R2连接，精密电阻R2的另一端分别与精密电阻R1的另一端和地连接。
本实用新型工作原理：
工作时将速度探头电阻R h 放入测量管道的几何中心，当流体静止时，电桥处于平衡状态，当流体流过速度探头时，电桥失去平衡，传感器输出的电压信号V 1 经信号放大器放大、滤波器滤去高频信号后，输入单片机的AD接口，单片机计算后通过电压可控供电电路将该电压差V 1 ’反馈给电桥，电桥恢复平衡，使速度探头的温度保持恒定；此时传感器的输出电压信号V，该电压信号经信号放大器放大、滤波器滤去高频信号后，输入单片机的AD接口，单片机按下式计算出气体的流量 
。
式中a和b分别为常数，由流量标定实验测得，k为传热系数，R h 为速度探头的阻值，T h 为速度探头的工作温度，T c 为被测气体温度，T h 和T c 为恒定值。
Claims (1)
1. 一种低功耗热式气体流量测量电路，其特征在于：它包括由测温电阻R h 、速度探头电阻R t 和精密电阻R 1 、R 2 连接成电桥构成的传感器（2）、信号放大器（3）、滤波器（4）、单片机（5）和电压可控供电电路（1），传感器（2）的输出电压信号经放大器（3）放大后与滤波器（4）的输入端相连，滤波器（4）的输出端与单片机（5）的AD采样接口相连，单片机（5）的IO端口与电压可控供电电路（1）的输入端相连，电压可控供电电路（1）的输出端与传感器（2）的输入端相连。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105784035A (zh) * | 2016-03-22 | 2016-07-20 | 中国计量学院 | 一种低功耗浸入型热式气体流量测量方法及装置 |
| CN107327415A (zh) * | 2017-07-07 | 2017-11-07 | 浙江理工大学 | 一种预防离心通风机喘振的装置及其预防喘振的方法 |
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2012
- 2012-07-11 CN CN 201220333945 patent/CN202693052U/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN107327415A (zh) * | 2017-07-07 | 2017-11-07 | 浙江理工大学 | 一种预防离心通风机喘振的装置及其预防喘振的方法 |
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