專利名稱：微小流量傳感器的制作方法
專利說明
一.技術(shù)領(lǐng)域本實用新型的微小流量傳感器屬電子傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
二.
背景技術(shù)：
在各類生產(chǎn)或試驗中，經(jīng)常需要對微小流量進行檢測，例如高壓容器水壓爆破試驗時，需要向充滿水的容器中高壓注水，這時的注水流量是很微小的，又如化工上的溶劑滴定，流量也很小，目前常用的流量電動傳感器如蝸輪式、壓差式、超聲波式、溫差式的，靈敏度只能達15ml/秒，誤差為1％，而將其用于微小流量時，誤差極大，無法進行檢測。
三.
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度和精度高的微小流量電動傳感器。
實現(xiàn)上述目的的技術(shù)解決方案是本實用新型微小流量傳器感器包括傳感頭1和調(diào)制器5兩部分，其特征在于所述傳感頭1結(jié)構(gòu)為在下部帶液口6的貯液器3外壁部分既是貯液器的外壁又是電容器Cx的一極，以中心軸金屬細圓柱體2為另一極構(gòu)成電容器的二極，組成一個圓柱型電容器Cx，兩極2和3各連一導線4組成以貯液器中液體為介質(zhì)的電容器Cx，所述調(diào)制器5為一自激振蕩電路，前述傳感頭1中兩極組成的電容器Cx通過導線4接入自激振蕩電路，組成以電容Cx變化調(diào)制的頻率調(diào)制器，構(gòu)成微小流量傳感器。
本實用新型采用上述微小流量傳感器作為一種模擬式微小流量計，它包括流量傳感器和能將調(diào)頻信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號的頻壓轉(zhuǎn)換器兩部分，具體參見圖4所示，其技術(shù)特點有所述微小流量傳感器是采用前述結(jié)構(gòu)的微小流量傳感器，它與頻率調(diào)制器構(gòu)成圖4中之1；所述頻壓轉(zhuǎn)換器包括計數(shù)器J13、清零脈沖發(fā)生器M14、濾波器5；模擬電壓輸出顯示電路6等。
——達到特定計數(shù)量輸出端即翻轉(zhuǎn)的計數(shù)器J1；——振蕩周期遠大于所述流量傳感器調(diào)制器振蕩周期的定時清零脈沖發(fā)生器M1；
——接在計數(shù)器J1輸出端的濾波器；——接在上述波波器輸出端的模擬電壓輸出顯示電路；上述微小流量傳感器頻率調(diào)制器輸出端通過計數(shù)控制門K1接計數(shù)器J1輸入端，前述達到特定計數(shù)即翻轉(zhuǎn)的計數(shù)器輸出端作為計數(shù)閘門控制端計數(shù)控制K1輸入端，定時清零脈沖發(fā)生器輸出端接計數(shù)器J1清零復位端。
本實用新型采用上述微小流量傳感器作為數(shù)字式微小流量計，包括流量傳感器和能將頻率信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，具體參見圖6，其特點在于所述流量傳感器是采用前述結(jié)構(gòu)的微小流量傳感器，它與頻率調(diào)制器組成圖6中之1；所述頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換電路包括計數(shù)器J23、定時清零脈沖發(fā)生器M24、鎖存脈沖電路5、鎖存器7、譯碼器8和數(shù)碼輸出顯示電路9等，這其中——定時清零脈沖發(fā)生器M2是一振蕩周期遠大于所述微小流量傳感器調(diào)制器振蕩周期的脈沖振蕩電路，其輸出端一方面通過清零控制門K2接計數(shù)器J2清零復位端，一方面作為計數(shù)閘門控制端與微小流量傳感器調(diào)制頻率輸出端共同通過計數(shù)控制門K3接計數(shù)器J2輸入端；——鎖存脈沖電路是一在定時清零脈沖發(fā)生器發(fā)生清零脈沖信號的同時能形成一小于清零脈沖寬度的窄脈沖信號形成電路，其輸入端接定時清零脈沖發(fā)生器輸出端，其輸出端一方面接鎖存器輸入端，一方面作為清零控制信號端接清零控制門K2輸入端；——計數(shù)器輸出端接鎖存器輸入端，鎖存器輸出端接譯碼器輸入端，譯碼器輸出端接數(shù)碼輸出顯示電路。
本實用新型的工作原理為微小流量傳感器傳感頭貯液器3中的液體是充斥在電容器Cx兩極間的介質(zhì)，當液體從下部出液口緩慢流出時，貯液器內(nèi)液量變化，電容量也發(fā)生變化，接入該電容的調(diào)制器振蕩電路振蕩頻率也隨之變化，這樣即把液量的變化即流量轉(zhuǎn)換成頻率變化的電信號。
模擬式微小流量計是將微小流量傳感器產(chǎn)生的頻率信號經(jīng)計數(shù)控制門K1輸入到計數(shù)器J1，每計數(shù)達一定值，計數(shù)器輸出端即翻轉(zhuǎn)，同時翻轉(zhuǎn)信號關(guān)閉計數(shù)控制門K1，停止計數(shù)，而定時清零脈沖發(fā)生器每隔一定時間就向計數(shù)器輸入一清零信號，計數(shù)器清零復位，又重新計數(shù)，這樣在每一計數(shù)周期內(nèi)計數(shù)量相同，頻率越高計數(shù)時間越短，計數(shù)器輸出端翻轉(zhuǎn)電壓時間越長，通過濾波器輸出的模擬電壓也隨之變化，達到用模擬電壓變化，顯示流量的目的，同時此輸出模擬電壓還可用來作其它控制、監(jiān)測裝置的輸入信號。
數(shù)字式微小流量計工作過程，傳感器調(diào)制器頻率信號通過計數(shù)控制門K3輸入到計數(shù)器J2，定時清零脈沖到來時，將計數(shù)控制門K3關(guān)閉，停止計數(shù)，同時通過鎖存脈沖電路形成一小于清零脈沖寬度的窄脈沖信號，將鎖存器內(nèi)的計數(shù)結(jié)果鎖存并經(jīng)譯碼器和數(shù)碼輸出顯示器顯示輸出，然后計數(shù)器清零復位，待清零脈沖過去后，計數(shù)器又重新開始計數(shù)，本裝置是定時計數(shù)，頻率越高，計數(shù)結(jié)果越高，達到用數(shù)碼變化顯示流量的目的，其數(shù)字輸出信號還可作其它數(shù)控監(jiān)測、控制裝置的輸入信號。
本實用新型微小流量傳感器靈敏度可達5ml/秒以下，精度達0.3％，而且結(jié)構(gòu)簡單，成本低，抗干擾能力強，可在惡劣條件下可靠地工作。
本實用新型模擬式微小流量計和數(shù)字式微小流量計由于采用上述微小流量傳感器因而能達到較高的靈敏度和精度，而且在流量傳感器后配置的頻壓轉(zhuǎn)換電路或頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)簡單，所以使這兩種流量計不僅靈敏度、精度高，抗干擾性能好，而且造價低。
四.

圖1微小流量傳感器實施例1結(jié)構(gòu)示意圖；圖2圖1中調(diào)制器電路圖Cx——傳感頭電容器；圖3微小流量傳感器調(diào)制器實施例2電路圖；圖4模擬式微小流量計方框原理圖；圖5模擬式微小流量計實施例3電路圖；圖6數(shù)字式微小流量計方框原理圖；圖7數(shù)字式微小流量計實施例4電路圖；在圖1中1、傳感頭總體；2、中心電極片；3、貯液器壁兼外圍極；4、導線；5、調(diào)制器；6、進出液口。
在圖4中1、微小流量傳感器調(diào)制器；2、計數(shù)控制門k1；3、計數(shù)器J1；4、定時清零脈沖發(fā)生器M1；5、濾波器；6、模擬電壓輸出顯示電路。
在圖6中1、微小流量傳感器調(diào)制器；2、計數(shù)控制門k3；3、計數(shù)器J2；4、定時清零脈沖發(fā)生器M2；5、脈沖鎖存電路；6清零控制門k2；7、鎖存器；8、譯碼器；9、數(shù)碼輸出顯示電路。
五.具體實施方案實施例1 微小流量傳感器(圖1、圖2)本實施例傳感頭貯液器3為一下部帶進出液口6的輸液瓶狀，其貯液器瓶體用不銹鋼制成，在其圓心位置放置一個外層裹有絕緣體的細銅管，這二個同圓心的金屬外壁3和中心柱體2構(gòu)成電容器Cx的二極，在這二極上分別連有導線4，將其作為電容元件連入調(diào)制器5振蕩電路，它們構(gòu)成一個微小流量傳感器。
本調(diào)制器采用NE555集成塊IC2組成RC自激振蕩器，Cx為電容連入電路，集成塊CD端通過R1與R端、Vcc端接電源，TH端和T端通過R2接CD端、Vc端通過C2接地，Cx接在T端與地之間，當貯液器中液量變化時，Cx變化，RC振蕩電路頻率變化，從F端通過電阻R4與C1輸出調(diào)制頻率信號fx。
上述圖1與圖2之結(jié)構(gòu)組成了微小流量傳感器接入由圖4和圖6所示的系統(tǒng)中。
實施例2 微小流量傳感器(圖1、圖3)本例調(diào)制器之電容Cx同實施例1中所述的，它的調(diào)制電路部分由圖3示出，圖3中是采用LC自激振蕩電路，晶體管BG1基極與地之間接有由L2和Cx組成的LC諧振回路，集電極通過反饋線圈L1接電源，同時通過C10輸出調(diào)制頻率信號fx，Cx在這時是作為諧振電容接入振蕩回路的。
上述圖1與圖3之結(jié)構(gòu)組成了微小流量傳感器接入由圖4和圖6所示的系統(tǒng)中。
實施例3 模擬式微小流量計(圖1、圖5)本例微小流量傳感器部分結(jié)構(gòu)同實施例1結(jié)構(gòu)，該部分用集成塊IC1組成的調(diào)制器輸出端F通過C1輸出調(diào)制頻率信號fx。
計數(shù)器采用IC3集成塊CD4040，此計數(shù)器計數(shù)值達512時輸出端即翻轉(zhuǎn)為高電平，其輸入端CLK的計數(shù)控制門K1采用或非門，輸出端Q10與傳感器調(diào)制信號fx輸出端共接或非控制門K1輸入端，當輸出端Q10翻轉(zhuǎn)為高電平時，即將計數(shù)控制門K1關(guān)閉，停止計數(shù)。計數(shù)器輸出端Q10接非門F1，然后通過R10、C3、C4組成的л型濾波器輸出，輸出端接一滑動可變電組R11，從其滑動端A取輸出信號并聯(lián)一電壓表B，同時該端還可作輸出端接其它裝置。
定時清零脈沖發(fā)生器采用IC2集成塊NE555，其結(jié)構(gòu)同實施例1傳感器部分的自激振蕩電路，只是其定時電容C5取一定值如0.01μ，遠大于傳感頭電容Cx，這樣即可使其振蕩周期遠大于傳感器調(diào)頻信號fx的振蕩周期，以便在此較寬的定時周期里對傳感器調(diào)制頻率進行計數(shù)。
定時清零脈沖發(fā)生器輸出端F通過一窄脈沖形成電路與計數(shù)器清零端CLR相接，該窄脈沖形成電路結(jié)構(gòu)為在定時清零脈沖發(fā)生器輸出端F接一非門F2，再通過電容C6接地，非門F2輸出端與定時清零脈沖發(fā)生器輸出端通過或門K4，接計數(shù)器清零復位端CLR。其工作過程是清零脈沖為1時，或門K4輸出為1，非門F2輸出為0，清零脈沖為0時，非門F2輸出向C6充電，電壓升為1，在其未升至1時，或門K4輸出為0，待C6充電至1時，或門K4輸出又升為1，這樣即形成寬約一定值如5μs的窄脈沖，使計數(shù)器置零復位。
實施例4 數(shù)字式微小流量計(圖1、圖7)本例由集成塊IC1組成的微小流量傳感器調(diào)制器電路與由集成塊IC4組成的定時清零脈沖發(fā)生器電路結(jié)構(gòu)均與實施例3相同。
本實施例的計數(shù)器、鎖存器、譯碼器采用同具這種功能的IC5集成塊5G7217A組成，其24端接+5V電源，輸出端15、16、17、18接其陰極41位LED數(shù)碼管。
傳感器調(diào)制頻率fx輸出端通過與非計數(shù)控制門K3接計數(shù)器輸入端8，定時清零脈沖信號發(fā)生器輸出端一方面通過非門F5和與非門K2接計數(shù)器清零端，一方面接計數(shù)控制門K3輸入端。這樣當清零脈沖為0時，關(guān)閉計數(shù)器，停止計數(shù)，為1時，打開計數(shù)器計數(shù)。
鎖存脈沖電路結(jié)構(gòu)為將定時清零脈沖發(fā)生器輸出端接一微分電容C7，再通過兩極起延時作用的非門F3、F4接能鎖存計數(shù)結(jié)果的5G7217A集成電路輸入端9和清零控制與非門K2輸入端。在微分電容C7同非門F3輸入端相聯(lián)處，通過R7及與R7并聯(lián)的限幅二極管2CK接+5V高電位。當清零負脈沖到來時，先通過C7形成一窄負脈沖加到鎖存端9，將數(shù)據(jù)鎖存顯示，然后清零控制門K2打開，清零復位。一般鎖存脈沖如為50μs，清零脈沖大于鎖存脈沖寬度50μs，小于300μs。
權(quán)利要求1.微小流量傳感器，包括傳感頭(1)和調(diào)制器(5)兩部分，其特征在于所述傳感頭1結(jié)構(gòu)為在下部帶液口(6)的貯液器(3)外壁部分既是貯液器的外壁又是電容器Cx的一極，以中心軸金屬細圓柱體(2)為另一極構(gòu)成電容器的二極，組成一個圓柱型電容器(Cx)，兩極(2)和(3)各連一導線(4)組成以貯液器中液體為介質(zhì)的電容器(Cx)，所述調(diào)制器(5)為一自激振蕩電路，前述傳感頭(1)中兩極組成的電容器(Cx)通過導線(4)接入自激振蕩電路，組成以電容(Cx)變化調(diào)制的頻率調(diào)制器構(gòu)成微小流量傳感器。
專利摘要本實用新型公開的微小流量傳感器，屬電子傳感器技術(shù)領(lǐng)域,采用其作模擬式微小流量計和數(shù)字式微小流量計，現(xiàn)有流量電動傳感器靈敏度和精度均較低，不能滿足對微小流量的檢測要求，本實用新型以儲液器外壁和中心軸金屬柱體形成以儲存液體為介質(zhì)的圓柱型電容器，再把該電容接入自激振蕩電路，液體量變化，致使頻率發(fā)生變化，以此將微小液量變化即流量轉(zhuǎn)換成電頻率信號，本傳感器靈敏度和精度都很高，采用它制成的模擬式微小流量計和數(shù)字式微小流量計靈敏度和精度高，工作可靠，造價低，可用在模擬信號和數(shù)字信號控制、監(jiān)測的裝置中。
文檔編號G01F1/56GK2597952SQ0320285
公開日2004年1月7日 申請日期2003年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月8日
發(fā)明者隋龍, 吳浩, 周宇紅, 周國起, 龍 隋 申請人:周國起