CN205037932U - 一种热式气体质量流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种热式气体质量流量计，其解决了现有热式气体质量流量计响应速度慢、量程比小、反应时间长、精度低的技术问题，其包括测量杆，测量杆上设有传感器，传感器包括衬底，衬底上设有长方形测温薄膜和L形加热薄膜，长方形测温薄膜位于L形加热薄膜的内侧；衬底上除长方形测温薄膜和L形加热薄膜的其它位置设有隔热层，其可广泛应用于流量测量技术领域。

Description

一种热式气体质量流量计

技术领域

本实用新型涉及一种流量计，具体说是一种热式气体质量流量计。

背景技术

流量测量作为一项复杂的技术，已应用在环境条件不同的各种场合。因此，在选用流量测试方法时除要适应所使用的条件之外，还要考虑准确度等级、流量范围、抗干扰性、压力损失、耐腐蚀和防爆等级等因素。

热式流量计是基于加热传感元件的对流传热的原理，是直接式质量流量计，主要应用于气体质量流量测量，具有压损低、流量量程范围大、精度高、重复性高、无可动部件等优点，其广泛应用于航空、航天、能源、医学、汽车工业、电厂以及管道运输等领域。

现有的热式气体质量流量计主要存在以下技术缺陷：

1)响应速度慢；

2)量程比小；

3)反应时间长，通常需要4-5秒；

4)无法进行标定，没办法保证精度；信号出来时曲线通常要用音速喷嘴装置标定30多个流量点还无法保证精度。

发明内容

本实用新型就是为了解决现有热式气体质量流量计响应速度慢、量程比小、反应时间长、精度低的技术问题，提供一种响应速度快、量程比大、反应时间短、精度高的热式气体质量流量计。

本实用新型的技术方案是，提供一种热式气体质量流量计，包括测量杆，测量杆上设有传感器，传感器包括衬底，衬底上设有长方形测温薄膜和L形加热薄膜，长方形测温薄膜位于L形加热薄膜的内侧；衬底上除长方形测温薄膜和L形加热薄膜的其它位置设有隔热层。

优选地，热式气体质量流量计还包括信号处理模块，信号处理模块与传感器连接，信号处理模块用于将传感器输出的信号进行放大和转换。

优选地，信号处理模块包括桥路电路和信号转换电路；

桥路电路包括OP177运算放大器、MPSAO5三极管、第一电阻、第二电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、3296电位器，第一电阻、第二电阻、3296电位器、第四电阻和长方形测温薄膜依次串联后接地，OP177运算放大器的正相输入端与3296电位器连接，MPSAO5三极管的集电极与第一电阻连接；MPSAO5三极管的发射极与第六电阻的一端连接，第六电阻的另一端与L形加热薄膜的一端连接，L形加热薄膜的另一端接地；第六电阻和L形加热薄膜之间的节点与OP177运算放大器的反相输入端连接；第一电阻和第二电阻之间的节点与MPSAO5三极管的发射极连接，MPSAO5三极管的基极通过第七电阻与OP177运算放大器的输出端连接，第八电阻连接于OP177运算放大器的输出端与反相输入端之间，第一电阻和第二电阻之间的节点与第五电阻的一端连接，第五电阻的另一端与第九电阻的一端连接，第九电阻的另一端接地；

信号转换电路包括仪表放大器芯片AD620、第一运算乘法器芯片AD633、第二运算乘法器芯片AD633、A/D转换芯片AD7705BR、MSP430芯片和第十二电阻，第五电阻和第九电阻之间的节点与仪表放大器芯片AD620的第3管脚连接，仪表放大器芯片AD620的第6管脚与第一运算乘法器芯片AD633的第1管脚连接，第一运算乘法器芯片AD633的第5管脚与第二运算乘法器芯片AD633的第1管脚连接，第二运算乘法器芯片AD633的第5管脚通过第十二电阻与A/D转换芯片AD7705BR的第6管脚连接，A/D转换芯片AD7705BR的第13管脚与MSP430芯片的P5.1管脚连接。

本实用新型的有益效果是，响应速度快、灵敏度非常高，精度高，流量下限极低，在0.01m/s情况下就开始计量，流量上限可以到28m/s，量程比能达到1比2800；可动部件小，体积小，压损小。

本实用新型进一步的特征和方面，将在以下参考附图的具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。

附图说明

图1是传感器的结构示意图；

图2是图1中K方向的视图；

图3是信号处理模块的电路原理图。

图中符号说明：

10.传感器；11.衬底；12.测温薄膜；13.加热薄膜；14.隔热层；U1为仪表放大器芯片AD620，U2为第一运算乘法器芯片AD633，U3为第二运算乘法器芯片AD633，U4为MSP430芯片，U5为OP177运算放大器；U6为A/D转换芯片AD7705BR；T1为MPSAO5三极管；

R1、R2、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17分别为第一电阻、第二电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七，R3为3296电位器，RH为加热电阻，RT为测温电阻。

具体实施方式

以下参照附图，以具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

热式气体质量流量计包括测量杆和信号处理模块，传感器10安装在测量杆上，传感器10与信号处理模块电连接。

如图1和2所示，传感器10包括衬底11，衬底11上设有测温薄膜12和加热薄膜13，加热薄膜13为L形结构，测温薄膜12为长方形结构。测温薄膜12位于L形加热薄膜13的内侧，加热薄膜13包住测温薄膜12。

衬底11上除测温薄膜12和加热薄膜13的其它位置设有隔热层14，也就是说测温薄膜12和加热薄膜13的周围是隔热层14。隔热层14具体可以是隔热胶。

隔热层14的作用是防止加热薄膜13自发热产生热量影响到测温薄膜12而降低测量精度。

加热薄膜13起加热作用，测温薄膜12起测量温度的作用。

衬底11可以是硅片。

传感器工作时，当加热薄膜13被加热到很高的温度时，加热薄膜13产生的热量不会影响到测温薄膜12的实际测量温度，不会造成测量误差，避免了加热薄膜13自发产生的温度降低传感器系统精度的问题。

如图3所示，信号处理模块包括桥路电路和信号转换电路。桥路电路包括OP177运算放大器U5、MPSAO5三极管T1、第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、3296电位器R3，24V电源通过串联的第一电阻R1、第二电阻R2、3296电位器R3、第四电阻R4和测温电阻RT接地，24V电源同时给OP177运算放大器U5供电，OP177运算放大器U5的正相输入端与3296电位器R3连接，MPSAO5三极管T1的集电极与第一电阻R1连接，MPSAO5三极管T1的发射极与第六电阻R6的一端连接，第六电阻R6的另一端与加热电阻RH的一端连接，加热电阻RH的另一端接地(即与测温电阻RT连接)，第六电阻R6和加热电阻RH之间的节点与OP177运算放大器U5的反相输入端连接，第一电阻R1和第二电阻R2之间的节点与MPSAO5三极管T1的发射极连接，MPSAO5三极管T1的基极通过第七电阻R7与OP177运算放大器U5的输出端连接，第八电阻R8连接于OP177运算放大器U5的输出端与反相输入端之间。第一电阻R1和第二电阻R2之间的节点与第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端与第九电阻R9的一端连接，第九电阻R9的另一端接地。加热电阻RH也就是图1中的加热薄膜13，测温电阻RT也就是图1中的测温薄膜12。

信号转换电路包括仪表放大器芯片AD620、第一运算乘法器芯片AD633、第二运算乘法器芯片AD633、A/D转换芯片AD7705BR、MSP430芯片、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16和第十七电阻R17，第五电阻R5和第九电阻R9之间的节点与仪表放大器芯片AD620的第3管脚连接，仪表放大器芯片AD620的第6管脚与第一运算乘法器芯片AD633的第1管脚连接，第一运算乘法器芯片AD633的第5管脚与第二运算乘法器芯片AD633的第1管脚连接，第二运算乘法器芯片AD633的第5管脚通过第十二电阻R12与A/D转换芯片AD7705BR的第6管脚连接。第十三电阻R13连接于仪表放大器芯片AD620的第1管脚和第8管脚之间，电源VCC通过串联的第十电阻R10和第十一电阻R11接地，第十电阻R10和第十一电阻R11之间的节点与仪表放大器芯片AD620的第2管脚连接，第一运算乘法器芯片AD633的第1管脚和第6管脚连接在一起，第二运算乘法器芯片AD633的第1管脚和第6管脚连接在一起，第一运算乘法器芯片AD633的第4管脚通过第十四电阻R14接地，第十七电阻R17连接于第一运算乘法器芯片AD633的第4管脚和第5管脚之间，第二运算乘法器芯片AD633的第4管脚通过第十五电阻R15接地，第十六电阻R16连接于第二运算乘法器芯片AD633的第4管脚和第5管脚之间。A/D转换芯片AD7705BR的第13管脚与MSP430芯片的P5.1管脚连接，A/D转换芯片AD7705BR的第13管脚的第12管脚与MSP430芯片的P5.3管脚连接，A/D转换芯片AD7705BR的第14管脚与MSP430芯片的P5.2管脚连接，A/D转换芯片AD7705BR的第1管脚与MSP430芯片的P5.0管脚连接，A/D转换芯片AD7705BR的第10管脚、第11管脚和第16管脚连接在一起后接地，A/D转换芯片AD7705BR的第4管脚接地。

第一电阻R1作为启动电阻保证OP177运算放大器U5输出电压不为0，保证MPSAO5三极管T1工作。3296电位器R3可调节电路平衡。第四电阻R4的阻值可以是180Ω。为调节加热温差为60℃，第八电阻R8为负反馈稳定电阻，第八电阻R8的阻值可以是3MΩ，让电路的反馈更加稳定。第七电阻R7为限流电阻。采用OP177型号的运算放大器可实现高精度高转换速率，低失调电压运放，反馈更加快速稳定。MPSAO5三极管T1大功率三极管，保证桥路的反馈电流。

MSP430芯片可以用其它型号的单片机代替。

桥路电路的信号(第五电阻R5和第九电阻R9之间的节点)依次经过仪表放大器芯片AD620、第一运算乘法器芯片AD633和第二运算乘法器芯片AD633传输给A/D转换芯片AD7705BR进行A/D转换，最后芯片AD7705BR输出的数字信号传输给MSP430芯片进行计算处理。芯片AD7705BR是高精度的16位A/D转换模块，可以保证信号电压的精度和稳定性。

Claims (3)

1.一种热式气体质量流量计，包括测量杆，其特征在于，所述测量杆上设有传感器，所述传感器包括衬底，所述衬底上设有长方形测温薄膜和L形加热薄膜，所述长方形测温薄膜位于所述L形加热薄膜的内侧；所述衬底上除所述长方形测温薄膜和L形加热薄膜的其它位置设有隔热层。

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，所述热式气体质量流量计还包括信号处理模块，所述信号处理模块与所述传感器连接，所述信号处理模块用于将所述传感器输出的信号进行放大和转换。

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，所述信号处理模块包括桥路电路和信号转换电路；

所述桥路电路包括OP177运算放大器、MPSAO5三极管、第一电阻、第二电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、3296电位器，所述第一电阻、第二电阻、3296电位器、第四电阻和所述长方形测温薄膜依次串联后接地，所述OP177运算放大器的正相输入端与所述3296电位器连接，所述MPSAO5三极管的集电极与所述第一电阻连接；所述MPSAO5三极管的发射极与所述第六电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端与所述L形加热薄膜的一端连接，所述L形加热薄膜的另一端接地；所述第六电阻和所述L形加热薄膜之间的节点与所述OP177运算放大器的反相输入端连接；所述第一电阻和第二电阻之间的节点与所述MPSAO5三极管的发射极连接，所述MPSAO5三极管的基极通过所述第七电阻与所述OP177运算放大器的输出端连接，所述第八电阻连接于所述OP177运算放大器的输出端与反相输入端之间，所述第一电阻和第二电阻之间的节点与所述第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端与所述第九电阻的一端连接，所述第九电阻的另一端接地；

所述信号转换电路包括仪表放大器芯片AD620、第一运算乘法器芯片AD633、第二运算乘法器芯片AD633、A/D转换芯片AD7705BR、MSP430芯片和第十二电阻，所述第五电阻和第九电阻之间的节点与所述仪表放大器芯片AD620的第3管脚连接，所述仪表放大器芯片AD620的第6管脚与所述第一运算乘法器芯片AD633的第1管脚连接，所述第一运算乘法器芯片AD633的第5管脚与所述第二运算乘法器芯片AD633的第1管脚连接，所述第二运算乘法器芯片AD633的第5管脚通过第十二电阻与所述A/D转换芯片AD7705BR的第6管脚连接，A/D转换芯片AD7705BR的第13管脚与MSP430芯片的P5.1管脚连接。