專利名稱：流速測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種流速測量裝置，特別涉及一種一次性動(dòng)態(tài)測 量流體的總壓、靜壓和流速的裝置，應(yīng)用于水利水能等行業(yè)流體流速 的測量，特別適用于科研研究中的水槽中的水流流速測量。
技術(shù)背景水流流速的測量在生產(chǎn)科研中具有很高的價(jià)值。水流流速儀發(fā)展 了很多年了，先后出現(xiàn)了很多種的測量方法和器具，例如旋漿傳感器 流速儀，多普勒超聲波流速儀，渦輪式流速儀，電磁式流速儀等，但 各自都存在著一定的不足之處，響應(yīng)速度不高、精度不夠，不能同時(shí) 測量、顯示總壓、靜壓和流速數(shù)據(jù)。 發(fā)明內(nèi)容為了彌補(bǔ)以上不足，本實(shí)用新型提供了一種流速測量裝置，能同 時(shí)測量、顯示流體的總壓、靜止和流速，測量響應(yīng)快、低量程線性度 高、測量精度高，能保存動(dòng)態(tài)測量數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種流速測量裝置，由流 速測量傳感器、微處理器和顯示驅(qū)動(dòng)電路組成，該流速測量傳感器由 皮托管、分別設(shè)于該皮托管前端和側(cè)部的總壓傳感器和靜壓傳感器組 成，該總壓傳感器和靜壓傳感器分別由硅壓阻敏感組件組成。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，該硅壓阻敏感組件為具有惠斯通 電橋結(jié)構(gòu)的硅敏感元件，具有E型島膜結(jié)構(gòu)。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，該總壓傳感器中的硅壓阻敏感組件設(shè)置于該皮托管前端管腔，并與該管腔前端的進(jìn)壓孔齊平安裝；該 靜壓傳感器中的硅壓阻敏感組件設(shè)置于該皮托管中部管腔，并與該皮托管內(nèi)的靜壓引壓管輸出口齊平安裝，該靜壓引壓管另一端作為靜壓 引壓口設(shè)于該皮托管側(cè)部。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，該總壓傳感器經(jīng)過信號調(diào)理電路輸入到A/D轉(zhuǎn)換電路，而該靜壓傳感器經(jīng)過另一信號調(diào)理電路輸入到 另一A/D轉(zhuǎn)換電路。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，該兩A/D轉(zhuǎn)換電路和該微處理器 間分別接有兩數(shù)據(jù)緩沖器，該兩數(shù)據(jù)緩沖器分別由兩個(gè)八位數(shù)據(jù)緩沖 器組成，提高測量精度。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，該兩A/D轉(zhuǎn)換器外接參考電壓， 便于提高模數(shù)信號轉(zhuǎn)換穩(wěn)定度。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，該微處理器外接參數(shù)設(shè)定電路， 便于該微處理器基于該總壓傳感器和靜壓傳感器的輸入和參數(shù)設(shè)定電 路的輸入，輸出總壓、靜壓和流速動(dòng)態(tài)數(shù)值。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，該微處理器還設(shè)有用于保存該參 數(shù)設(shè)定電路輸入的非易失性存儲器。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，該微處理器還通過串口電平轉(zhuǎn)換 器，外接用于保存和顯示該流速測量裝置總壓、靜壓和流速數(shù)值的上 位機(jī)。本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果是由于流速壓力傳感器采用具有很 好動(dòng)態(tài)特性的硅壓阻敏感組件，使用了硅敏感元件與進(jìn)壓口準(zhǔn)齊平封 裝，最大限度地保證了動(dòng)態(tài)測量的要求，可以很好地測量水流，改善 了低量程線性度，適應(yīng)了流速測量傳感器低量程，高精度要求。同時(shí) 該結(jié)構(gòu)可以最大限度地避免由于感壓管道的過長，導(dǎo)致氣泡在管道內(nèi)， 引起測量的失真。該流速測量傳感器實(shí)現(xiàn)總壓、靜壓、動(dòng)態(tài)、流速一次性測量，輸 出的標(biāo)準(zhǔn)信號，經(jīng)過微處理器處理后，直接通過輸出顯示電路顯示數(shù) 據(jù)，同時(shí)通過上位機(jī)還可以保存數(shù)據(jù)，并顯示測量數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)曲線圖。


圖1為本實(shí)用新型的電路原理框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合圖1作進(jìn)一步描述一種流速測量裝置，由流速測量傳感器、微處理器和顯示輸出電 路組成，該流速測量傳感器由皮托管、分別設(shè)于該皮托管前端和側(cè)部 的總壓傳感器和靜壓傳感器組成，該總壓傳感器和靜壓傳感器分別由 硅壓阻敏感組件組成，該硅壓阻敏感組件為具有惠斯通電橋結(jié)構(gòu)的硅 敏感元件，具有E型島膜結(jié)構(gòu)。該總壓傳感器中的硅壓阻敏感組件設(shè) 置于該皮托管前端管腔，并與該管腔前端的進(jìn)壓孔齊平安裝；該靜壓 傳感器中的硅壓阻敏感組件設(shè)置于該皮托管中部管腔，并與該皮托管 內(nèi)的靜壓引壓管輸出口齊平安裝，該靜壓引壓管另一端作為靜壓引壓 口設(shè)于該皮托管側(cè)部。該硅壓阻敏感組件采用中國專利"一種微型動(dòng)態(tài)壓阻壓力傳感器及其制造方法"(專利號ZL2003101063298)公開技術(shù)方案制成的，該 硅壓阻敏感組件為具有惠斯通電橋結(jié)構(gòu)的硅敏感元件，采用MEMS(Micro Electro Mechanical System)硅體微機(jī);喊加工方法制造，該 硅敏感元件為具有力敏區(qū)的圓平硅膜片，該圓平硅膜片兩面依次覆蓋 有Si02層和Si3N4層，該力敏區(qū)的正面有惠斯通應(yīng)變?nèi)珮虿⒁鲭娮桦?極，該力敏區(qū)的正面周邊部裸露出硅芯片，并焊接于拋光Pyrex或GG— 17玻璃環(huán)片，形成該硅壓阻敏感組件，該電阻電極焊接于金絲內(nèi)引線 一端。PYREX玻璃環(huán)片，業(yè)內(nèi)都知道，它是康寧公司(Corning)的產(chǎn)品， 專為半導(dǎo)體封裝設(shè)計(jì)，具有與硅接近的物理性能。國產(chǎn)替代產(chǎn)品為GG 一17硼硅玻璃，業(yè)內(nèi)皆知，為上海醫(yī)學(xué)玻璃廠產(chǎn)品，市場上可以買到， 與PYREX玻璃環(huán)片及硅有著極為相近的熱膨脹系數(shù)。該硅壓阻敏感組件的玻璃環(huán)片另一面粘貼在進(jìn)壓口設(shè)有的環(huán)行凹 坑面，實(shí)現(xiàn)該硅壓阻敏感組件的硅膜片背面與傳感器進(jìn)壓口的端面齊平封裝，該金絲內(nèi)引線另一端焊接于該信號調(diào)理電路(或稱轉(zhuǎn)接電路)。該硅敏感元件具有為E型島膜結(jié)構(gòu)，適應(yīng)了流速測量傳感器低量程、高精度要求。該總壓傳感器經(jīng)過信號調(diào)理電路輸入到A/D轉(zhuǎn)換電路，而該靜壓 傳感器經(jīng)過另一信號調(diào)理電路輸入到另一 A/D轉(zhuǎn)換電路，該兩信號調(diào) 理電路對信號進(jìn)行濾波處理，去除干擾信號后，分別得到總壓和靜壓 標(biāo)準(zhǔn)輸出信號，該總壓和靜壓標(biāo)準(zhǔn)輸出信號分別經(jīng)過兩A/D轉(zhuǎn)換電路 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再把轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，經(jīng)過該微處理器的運(yùn)算處理，根據(jù) 公式V二Osqrt(2氺G樸)計(jì)算出流速(注C為系統(tǒng)精度校準(zhǔn)參數(shù)，G為 重力加速度，h為傳器器總壓減靜壓后得到的差壓水柱高度)，然后再 通過該輸出顯示電路顯示，該輸出顯示電路可以為四位LED數(shù)碼管， 該數(shù)碼管上的當(dāng)前顯示內(nèi)容由狀態(tài)指示燈指示。為了提高測量精度，該兩A/D轉(zhuǎn)換電路和該微處理器間接有數(shù)據(jù) 緩沖器，每一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器由兩個(gè)八位數(shù)據(jù)緩沖器組成；為了得到更 高精度和更穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換值，該兩A/D轉(zhuǎn)換器外接參考電壓。為了得到更精確數(shù)值，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況通過參數(shù)設(shè)定電路 (可以采用四鍵式)按鍵來設(shè)置C、 G兩個(gè)參數(shù)，設(shè)置后的參數(shù)保存于 該非易失性存儲器，以便下次開機(jī)后仍能得到該設(shè)置值。該微處理器還通過串口電平轉(zhuǎn)換器，外接用于保存和顯示該微處 理器輸出總壓、靜壓和流速數(shù)值的上位機(jī)，利用上位機(jī)，可以保存和 顯示流速數(shù)據(jù)與曲線圖。該流速測量裝置還具有多種電壓輸出的電源電路，為系統(tǒng)的正常 工作提供供電保障。
基于本實(shí)用新型技術(shù)，該流速測量裝置可以達(dá)到以下技術(shù)效果-1. 測量精度高能夠精準(zhǔn)地測量高速水流，精準(zhǔn)度達(dá)到1%。；2. 測量量程大可以測量0 10米/秒的水流；3. 功能完善該顯示驅(qū)動(dòng)電路(也稱下位機(jī)或儀表)采用四位LED顯示，分時(shí)顯示流速、總壓、靜壓。并通過RS-232串口把流速傳給上位機(jī)(PC機(jī))，該上位機(jī)(PC機(jī)) 可以同步實(shí)時(shí)顯示流速曲線；保存當(dāng)前流速曲線圖；保存某一時(shí)間段 的流速數(shù)據(jù)，以便以后使用相應(yīng)圖形軟件將流速曲線再現(xiàn)畫出，從而 觀察某一段時(shí)間的流速變化。4. 系統(tǒng)靈活為了達(dá)到精確測量的目的，本實(shí)用新型提供兩個(gè)與 流速公式有關(guān)的參數(shù)，流速V二Osqrt (2*G*h)(注C為系統(tǒng)精度校 準(zhǔn)參數(shù)；G為重力加速度，跟使用地區(qū)海拔高度有關(guān)；h為傳感器測得 的差壓水柱高度)。用戶可根據(jù)實(shí)際需要修改系統(tǒng)參數(shù)C和G 。5. 使用方便用戶按鍵采用簡潔的通用儀表"四鍵式"設(shè)計(jì)，按 鍵的使用方法同通用儀表相似，用戶很容易上手。在用戶設(shè)置系統(tǒng)參 數(shù)，系統(tǒng)參數(shù)可以永久保存于儀表內(nèi)，不必每次打開儀表重新設(shè)置。
權(quán)利要求1、一種流速測量裝置，由流速測量傳感器、微處理器和顯示驅(qū)動(dòng)電路組成，其特征在于，該流速測量傳感器由皮托管、分別設(shè)于該皮托管前端和側(cè)部的總壓傳感器和靜壓傳感器組成，該總壓傳感器和靜壓傳感器分別由硅壓阻敏感組件組成。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種流速測量裝置，其特征在于，該硅壓 阻敏感組件為具有惠斯通電橋結(jié)構(gòu)的硅敏感元件，具有E型島膜結(jié)構(gòu)。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種流速測量裝置，其特征在于，該總壓 傳感器中的硅壓阻敏感組件設(shè)置于該皮托管前端管腔，并與該管腔前 端的進(jìn)壓孔齊平安裝；該靜壓傳感器中的硅壓阻敏感組件設(shè)置于該皮 托管中部管腔，并與該皮托管內(nèi)的靜壓引壓管輸出口齊平安裝，該靜 壓引壓管另一端作為靜壓引壓口設(shè)于該皮托管側(cè)部。
4、 如權(quán)利要求1、 2或3所述的一種流速測量裝置，其特征在于， 該總壓傳感器經(jīng)過信號調(diào)理電路輸入到A/D轉(zhuǎn)換電路，而該靜壓傳感 器經(jīng)過另一信號調(diào)理電路輸入到另一 A/D轉(zhuǎn)換電路。
5、 如權(quán)利要求4所述的一種流速測量裝置，其特征在于，該兩 A/D轉(zhuǎn)換電路和該微處理器間分別接有兩數(shù)據(jù)緩沖器，該兩數(shù)據(jù)緩沖器 分別由兩個(gè)八位數(shù)據(jù)緩沖器組成。
6、 如權(quán)利要求5所述的一種流速測量裝置，其特征在于，該兩 A/D轉(zhuǎn)換器外接參考電壓。
7、 如權(quán)利要求4所述的一種流速測量裝置，其特征在于，該微處理器外接參數(shù)設(shè)定電路。
8、 如權(quán)利要求7所述的一種流速測量裝置，其特征在于，該微處 理器還設(shè)有用于保存該參數(shù)設(shè)定電路輸入的非易失性存儲器。
9、 如權(quán)利要求7所述的一種流速測量裝置，其特征在于，該微處理器還通過串口電平轉(zhuǎn)換器，外接用于保存和顯示該流速測量裝置總 壓、靜壓和流速的上位機(jī)。
專利摘要一種流速測量裝置由流速測量傳感器、微處理器和顯示驅(qū)動(dòng)電路組成，流速測量傳感器由皮托管、分別設(shè)于皮托管前端和側(cè)部的總壓傳感器和靜壓傳感器組成，總壓傳感器和靜壓傳感器由硅壓阻敏感組件組成，硅壓阻敏感組件為具有惠斯通電橋結(jié)構(gòu)的硅敏感元件，具有E型島膜結(jié)構(gòu)，總壓傳感器和靜壓傳感器分別經(jīng)過兩信號調(diào)理電路輸入到對應(yīng)的兩A/D轉(zhuǎn)換電路，兩A/D轉(zhuǎn)換電路和微處理器間分別接有兩數(shù)據(jù)緩沖器，微處理器外接處理流速數(shù)據(jù)的參數(shù)設(shè)定電路，微處理器設(shè)有保存參數(shù)設(shè)定電路輸入的非易失性存儲器，微處理器還基于串口電平轉(zhuǎn)換器，本實(shí)用新型能同時(shí)測量、顯示流體的總壓、靜止和流速，測量響應(yīng)快、低量程線性度高、測量精度高，能保存動(dòng)態(tài)測量數(shù)據(jù)。
文檔編號G01P5/14GK201083757SQ20072004596
公開日2008年7月9日 申請日期2007年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月7日
發(fā)明者豐金妹, 施洪昌, 朱金寶, 成 楊, 鄭成霞 申請人:昆山雙橋傳感器測控技術(shù)有限公司