CN203231775U - 一种导电液体的电容式孔板流量测量装置 - Google Patents

一种导电液体的电容式孔板流量测量装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种导电液体的电容式孔板流量测量装置。置于测量管内部的金属孔板和套在绝缘测量管外部的金属环组成集总电容,此集总电容的容量与通过绝缘测量管导电液体的流量成函数关系,通过对此集总电容容量的测量,得出当前通过绝缘测量管导电液体的流量值。该装置的振荡驱动电路依次经电容式孔板传感器、微小电容测量电路、放大器、整流滤波电路、跟随器、430单片机与输出显示电路连接。本实用新型不需要差压测量装置,因而避免了差压法孔板流量计会由于液体泄漏、隔膜材料弹性性能的改变、工艺流体的腐蚀性影响等原因而出错的问题,而且电容式孔板流量测量方法结构简单、成本低、功耗少。

Description

一种导电液体的电容式孔板流量测量装置
技术领域
本实用新型涉及一种流量测量装置,尤其是涉及一种导电液体的电容式孔板流量测量装置。 
背景技术
在目前的流量技术中,人们已经可以利用导电液体的各种效应来测量液体流量,用于导电液体流量测量的方法和仪表的种类繁多。品种如此之多的原因在于至今还没有找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。每种产品都有它特定的适用性,也都有它的局限性。涡流式、科里奥利式等流量计虽然精确度较高,但是这类流量计价格也较高昂。而其它典型的流量计如孔板式、细腰管式、喷口式、电磁式等,同样有着很好的精度,能够满足测量需要,且有着结构简单、成本较低的特点,因而这些类型的流量计仍然常常为人们所使用。 
差压法孔板流量计,主要利用流体通过锐孔的节流作用,使流速增大,压强减小,造成孔板前后形成压强差,将这个压强差作为测量的依据。差压法孔板流量计因为其设计简单、成本较低,所以被广泛应用。但是这种带差压测量装置的流量计会由于液体泄漏、隔膜材料弹性性能的改变、工艺流体的腐蚀性影响等原因而出错,使测量结果不可靠。 
发明内容
为了克服差压法孔板流量计因带有差压测量装置而带来的上述问题,本实用新型的目的在于提供一种导电液体的电容式孔板流量测量装置,不需要差压测量装置,而且结构简单、成本低、功耗少。 
本实用新型所采用的技术方案是: 
本实用新型包括转换器和电容式孔板传感器;其中: 
转换器,包括振荡驱动电路、微小电容测量电路、放大器、整流滤波电路、跟随器、430单片机和输出显示电路;振荡驱动电路依次经电容式孔板传感器、放大器、整流滤波电路、跟随器、430单片机与输出显示电路连接; 
电容式孔板传感器,包括绝缘测量管、金属孔板和金属环;金属孔板放置在绝缘测量管内,绝缘测量管外套有金属环,金属孔板和金属环组成集总电容Cx,集总电容Cx的一极接振荡驱 动电路LM741的第6脚进行激励,另一极接微小电容测量电路,绝缘测量管的两端面分别用法兰通过各自的绝缘垫片与系统管道相连接。 
所述的金属孔板用不锈钢螺钉垂直固定在绝缘测量管中,朝向导电液体出口端方向的金属孔板中心孔边缘为由小变大的锥形孔,绝缘测量管和金属孔板之间用阿拉代胶密封,不锈钢螺钉为集总电容Cx的一个电极,从不锈钢螺钉上引出一根导线。 
所述的金属环位于金属孔板后的导电液体出口端方向,金属环套在绝缘测量管外,金属环横截面与绝缘测量管轴线垂直,金属环为集总电容Cx另一电极,从金属环上引出一根导线。 
所述的振荡驱动电路,以放大器LM741为核心,放大器LM741的第6脚输出端经电容式孔板传感器与低功耗放大器LM124的第三路运算放大器OP07-3的第9脚相接。 
所述的微小电容测量电路,以低功耗放大器LM124的第三路运算放大器OP07-3为核心,采用交流激励法,第三路运算放大器OP07-3的第9脚经电容式孔板传感器与放大器LM741的第6脚相接,电阻R9和电容C6并联两端分别接到第三路运算放大器OP07-3的第9脚和第8脚,第三路运算放大器OP07-3的第8脚与放大器INA101的第10脚相接,第三路运算放大器OP07-3的第10脚接地。 
所述的放大器与整流滤波电路中,整流滤波电路以低功耗放大器LM124的第一路运算放大器OP07-1为核心,第一路运算放大器OP07-1的第3脚与放大器INA101的第8脚相接,第一路运算放大器OP07-1的第1脚与第二路运算放大器OP07-2的第5脚相接。 
所述的跟随器,以低功耗放大器LM124的第二路运算放大器OP07-2为核心,第二路运算放大器OP07-2的第5脚与第二路运算放大器OP07-2的第1脚相接,第二路运算放大器OP07-2的第7脚与430单片机相接,再通过输出显示电路显示输出测量结果。 
所述的430单片机,采用msp430f5438,输出显示电路采用12864点阵带汉字液晶模块,低功耗放大器LM124是有四路运算放大器OP07的集成芯片。 
本实用新型的测量方法: 
采用置于绝缘测量管内部的金属孔板和套在绝缘测量管的金属环组成一个集总电容;当导电液体流经管道中的金属孔板时,由于金属孔板的节流作用,使导电液体流速增大,当导电液体流量大小不同时,经过金属孔板后导电液体的发散程度不同,因而金属孔板与金属环之间的电介质随流量大小变化而变化,由金属孔板和金属环组成的集总电容容量大小也就随流量大小变化而变化,那么,所形成的集总电容的容量大小是通过绝缘测量管的导电液体的流量的函数;即:Cx=Cx(q),通过对此集总电容进行测量,进而得出导电液体流量的大小。 
本实用新型具有的有益效果是: 
本实用新型采用电容式孔板流量测量方法,它不需要差压测量装置,因而避免了差压法孔板流量计会由于液体泄漏、隔膜材料弹性性能的改变、工艺流体的腐蚀性影响等原因而出错的问题,而且电容式孔板流量测量方法结构简单、成本低、功耗少。 
附图说明
图1是本实用新型电容式孔板流量测量传感器结构图。 
图2是本实用新型电容式孔板流量测量装置结构原理框图。 
图3是本实用新型微小电容测量电路原理图。 
图4是本实用新型的放大器与整流滤波电路原理图。 
图5是本实用新型跟随器电路原理图。 
图6是本实用新型的振荡驱动电路原理图。 
图中:1、法兰,2、金属孔板,3、不锈钢螺钉,4、导线,5、金属环,6、绝缘测量管。 
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。 
本实用新型包括转换器和电容式孔板传感器;其中: 
如图2所示,转换器:包括振荡驱动电路、微小电容测量电路、放大器、整流滤波电路、跟随器、430单片机和输出显示电路;振荡驱动电路依次经电容式孔板传感器、放大器、整流滤波电路、跟随器、430单片机与输出显示电路连接;转换器用于对电容式孔板传感器的信号进行处理,并将处理结果转换成实际流量值进行显示。 
如图1所示,电容式孔板传感器:包括绝缘测量管6、金属孔板2和金属环5;金属孔板2放置在绝缘测量管6内,绝缘测量管6外套有金属环5,金属孔板2和金属环5组成集总电容Cx,集总电容Cx的一极接振荡驱动电路LM741的第6脚进行激励,另一极接微小电容测量电路,绝缘测量管6的两端面分别用法兰通过各自的绝缘垫片或聚四氯乙烯塑胶片与系统管道相连接。 
所述的金属孔板2材质为不锈钢、钛合金等耐腐材料,或孔板表面涂覆耐腐保护层,用不锈钢螺钉垂直固定在绝缘测量管6中,朝向导电液体出口端方向的金属孔板2中心孔边缘为由小变大的锥形孔,绝缘测量管6和金属孔板2之间用阿拉代胶密封,不锈钢螺钉为集总电容Cx的一个电极,从不锈钢螺钉3上引出一根导线4,以便进行电路连接。 
所述的金属环5位于金属孔板2后的导电液体出口端方向,金属环5套在绝缘测量管6外,金属环5横截面与绝缘测量管6轴线垂直,金属环5为集总电容Cx另一电极,从金属环上引出一根导线4,以便进行电路连接。 
根据物理学原理可知,改变电容传感器两极板间距离d、有效相对面积s或者极间介质常数ε,均可使该电容容量值发生变化。本实用新型的电容式孔板流量测量方法基于变介质常数型电容传感器的原理。由放置于绝缘测量管内部的金属孔板和与该孔板距离相近的环绕测量管的金属环组成集总电容Cx。当导电液体流经管道中的孔板时,由于孔板的节流作用,使导电液体流速增大。当导电液体流量大小不同时,经过孔板后导电液体的发散程度不同,因而孔板与金属环之间的电介质随流量大小变化而变化。于是,由孔板和金属环组成的集总电容容量大小也就随流量大小变化而变化。那么,所形成的集总电容的容量大小是通过测量管的导电液体的流量的函数。测量装置安装完成后,测量管材料、测量管直径、孔板直径、孔板与金属环相对位置等因素确定。在外界环境温度、外部电压激励等因素不变的情况下,集总电容Cx的大小只是流量q的函数,即:Cx=Cx(q),利用Cx与流量q之间的函数关系来实现对导电液体流量的精确测量。这就是电容式孔板流量测量方法的理论基础。 
如图6所示,振荡驱动电路以放大器LM741为核心,放大器LM741的第6脚输出端经电容式孔板传感器与低功耗放大器LM124的第三路运算放大器OP07-3的第9脚相接。电阻R4端接放大器LM741的第3脚,另一端接地。划线变阻器R3端接放大器LM741的第6脚,另一端接放大器LM741的第3脚。电阻R2电容C2并联,一端接地,另一端接放大器LM741的第2脚。电阻R1电容C1串联,一端接放大器LM741的第6脚,一端接放大器LM741的第2脚。放大器LM741第6脚输出产生一个正弦交流电来驱动微小电容测量电路。 
如图3所示,所述的微小电容测量电路,以低功耗放大器LM124的第三路运算放大器OP07-3为核心,采用交流激励法,第三路运算放大器OP07-3的第9脚经电容式孔板传感器与放大器LM741的第6脚相接,电阻R9和电容C6并联两端分别接到第三路运算放大器OP07-3的第9脚和第8脚,第三路运算放大器OP07-3的第8脚与放大器INA101的第10脚相接,第三路运算放大器OP07-3的第10脚接地。微小电容测量电路通过一个频率为f的稳定正弦交流信号Vs(t)进行激励,形成的结果是输出电压Vo(t)与Cx成正比例关系。 
如图4所示,放大器与整流滤波电路原理图,放大器INA101对微小电容测量电路的输出电压进行一级放大,放大器INA101的第9脚与正电源相接,放大器INA101的第6脚与负电源相接;正电源与放大器INA101的第9脚,负电源与放大器INA101的第6脚之间分别接一个高频滤波电容。放大器INA101的第1、4脚之间接一个划线变阻器R5来调节放大器的增益,放大器INA101的第10脚为负输入端,放大器INA101的第5脚接地。放大器INA101的第8脚为输出端。整流滤波电路以LM124第一路运算放大器OP07-1为核心,电阻R6一端接放大器INA101的第8脚,电阻R6另一端接运算放大器OP07-1的第3脚,二极管D1、D2 反向,一端接运算放大器OP07-1的第2脚,另一端接第一路运算放大器OP07-1的第1脚。第一路运算放大器OP07-1的第1脚通过电阻R7电容C5并联接地。 
如图5所示,所述的跟随器,以低功耗放大器LM124的第二路运算放大器OP07-2为核心,第二路运算放大器OP07-2的第5脚与第二路运算放大器OP07-2的第1脚相接,第二路运算放大器OP07-2的第7脚与430单片机相接,再通过输出显示电路显示输出测量结果。 
所述的430单片机采用msp430f5438,输出显示电路采用12864点阵带汉字液晶模块,放大器LM124是有四路运算放大器OP07的集成芯片。 

Claims (8)

1.一种导电液体的电容式孔板流量测量装置,其特征在于:包括转换器和电容式孔板传感器;其中:
转换器,包括振荡驱动电路、微小电容测量电路、放大器、整流滤波电路、跟随器、430单片机和输出显示电路;振荡驱动电路依次经电容式孔板传感器、放大器、整流滤波电路、跟随器、430单片机与输出显示电路连接;
电容式孔板传感器,包括绝缘测量管(6)、金属孔板(2)和金属环(5);金属孔板(2)放置在绝缘测量管(6)内,绝缘测量管(6)外套有金属环(5),金属孔板(2)和金属环(5)组成集总电容Cx,集总电容Cx的一极接振荡驱动电路LM741的第6脚进行激励,另一极接微小电容测量电路,绝缘测量管(6)的两端面分别用法兰通过各自的绝缘垫片与系统管道相连接。
2.根据权利要求1所述的一种导电液体的电容式孔板流量测量装置,其特征在于:所述的金属孔板(2)用不锈钢螺钉垂直固定在绝缘测量管(6)中,朝向导电液体出口端方向的金属孔板(2)中心孔边缘为由小变大的锥形孔,绝缘测量管(6)和金属孔板(2)之间用阿拉代胶密封,不锈钢螺钉为集总电容Cx的一个电极,从不锈钢螺钉(3)上引出一根导线(4)。
3.根据权利要求1所述的一种导电液体的电容式孔板流量测量装置,其特征在于:所述的金属环(5)位于金属孔板(2)后的导电液体出口端方向,金属环(5)套在绝缘测量管(6)外,金属环(5)横截面与绝缘测量管(6)轴线垂直,金属环(5)为集总电容Cx另一电极,从金属环(5)上引出一根导线(4)。
4.根据权利要求1所述的一种导电液体的电容式孔板流量测量装置,其特征在于:所述的振荡驱动电路以放大器LM741为核心,放大器LM741的第6脚输出端经电容式孔板传感器与低功耗放大器LM124的第三路运算放大器OP07-3的第9脚相接。
5.根据权利要求1所述的一种导电液体的电容式孔板流量测量装置,其特征在于:所述的微小电容测量电路,以低功耗放大器LM124的第三路运算放大器OP07-3为核心,采用交流激励法,第三路运算放大器OP07-3的第9脚经电容式孔板传感器与放大器LM741的第6脚相接,电阻R9和电容C6并联两端分别接到第三路运算放大器OP07-3的第9脚和第8脚,第三路运算放大器OP07-3的第8脚与放大器INA101的第10脚相接,第三路运算放大器OP07-3的第10脚接地。
6.根据权利要求1所述的一种导电液体的电容式孔板流量测量装置,其特征在于:所述的放大器与整流滤波电路中,整流滤波电路以低功耗放大器LM124的第一路运算放大器OP07-1为核心,第一路运算放大器OP07-1的第3脚与放大器INA101的第8脚相接,第一路运算放大器OP07-1的第1脚与第二路运算放大器OP07-2的第5脚相接。
7.根据权利要求1所述的一种导电液体的电容式孔板流量测量装置,其特征在于:所述的跟随器,以低功耗放大器LM124的第二路运算放大器OP07-2为核心,第二路运算放大器OP07-2的第5脚与第二路运算放大器OP07-2的第1脚相接,第二路运算放大器OP07-2的第7脚与430单片机相接,再通过输出显示电路显示输出测量结果。
8.根据权利要求7所述的一种导电液体的电容式孔板流量测量装置,其特征在于:所述的430单片机采用msp430f5438,输出显示电路采用12864点阵带汉字液晶模块,低功耗放大器LM124是有四路运算放大器OP07的集成芯片。
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CN103175580A (zh) * 2013-03-06 2013-06-26 中国计量学院 导电液体的电容式孔板流量测量方法及装置
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