專利名稱：：熱式氣體流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型涉及一種流量計，特別涉及一種熱式氣體流量計。技術(shù)背景熱式氣體流量計采用熱學(xué)原理進(jìn)行氣體流量的測量，它主要由橋式電路和輸出信號調(diào)理電路組成。流量敏感元件(如鉑電阻、鉑絲或鉑膜等)與溫度補(bǔ)償元件均安裝于氣體通路內(nèi)，并與其它電阻元件組成橋式電路，將氣體流量的變化轉(zhuǎn)換為橋臂輸出電壓的變化，從而實現(xiàn)氣體流量的測量。但是由于環(huán)境溫度不同，如果光以橋臂輸出電壓的變化來實現(xiàn)氣體流量的測量的話，當(dāng)溫度升高時，電阻會變化，電壓電流也會跟隨變化，而且鉑電阻是隨溫度的變化不完全成線性關(guān)系。現(xiàn)有技術(shù)通常采用修正調(diào)理電路來解決，但采用這種方式只能在比較小的環(huán)境溫度范圍內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)償，如果環(huán)境溫度變化過大，其補(bǔ)償效果就不明顯。由于一個物體在相同氣體下散熱系數(shù)相對固定，當(dāng)該物體和氣體的溫差為一定值，散熱功耗為一定量時，對橋式電路測點(diǎn)的電壓測量就會隨環(huán)境溫度的變化特別是溫度差的變化而產(chǎn)生很大的變化，而高溫下鉑電阻的電阻比常溫下高。如在環(huán)境溫度為攝氏0度時的一個50歐姆鉑電阻，到了267度的情況下，它就會變成100歐姆，而輸出電壓為V=V^(P為一個單位時間內(nèi)的功，R為電阻值，V為電壓值)。因此，如果測點(diǎn)流量僅以電壓的變化來測量，當(dāng)環(huán)境溫度在比較寬的范圍內(nèi)變化時就會產(chǎn)生很大的誤差。
發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實用新型提供了一種熱式氣體流量計，它能有效解決因測量氣體溫度變化大而引起的測點(diǎn)輸出電壓變化大、補(bǔ)償效果不明顯的問題。為此，本實用新型采用的技術(shù)方案如下一種熱式氣體流量計，它包括電源和至少一個橋式電路，所述橋式電路包括測溫上橋臂、測溫下橋臂、加熱上橋臂和加熱下橋臂，其特征在于測溫上橋臂上設(shè)有一并聯(lián)電阻，用于對測溫探頭和加熱探頭比例進(jìn)行調(diào)整；測溫下橋臂上設(shè)有一并聯(lián)電阻，用于對恒溫差進(jìn)行修正；還包括PI控制電路，所述PI控制電路的輸入端與橋式電路相連，輸出端與晶體管相連，用于控制加熱探頭功耗；在加熱上橋臂和加熱下橋臂上各設(shè)有一個電壓測點(diǎn)，所述電壓測點(diǎn)通過模擬開關(guān)與AD采集電路相連。作為優(yōu)選，在電壓測點(diǎn)與模擬幵關(guān)之間設(shè)有電壓跟隨器。在模擬開關(guān)與AD采集電路之間設(shè)有差分放大電路。電源輸入端和每個橋式電路的晶體管之間設(shè)有保護(hù)電路。所述橋式電路為兩個或兩個以上，兩個或兩個以上的橋式電路成并聯(lián)連接。本實用新型的有益效果在于1、由于生產(chǎn)出來電子器件往往很難到達(dá)實際應(yīng)用中要求的精密度，采用測溫上橋臂的并聯(lián)電阻(R12)便于調(diào)整電阻測溫探頭(RC)和加熱探頭(RH)的比例；通過在測溫下橋臂的并聯(lián)電阻，可使加熱探頭在比較寬的溫度范圍內(nèi)保持加熱橋臂和被測量氣體的恒溫差。同時，通過測量兩個電壓測點(diǎn)(ADOll、AD012),能求出加熱下橋臂的功率和溫度，可進(jìn)一步利用加熱下橋臂的加熱功率得出氣體流量，解決因測量氣體溫度變化大而引起的電壓變化大、補(bǔ)償效果不明顯的問題，以及利用加熱下橋臂(RH)的溫度減去測量氣體的恒溫差值可以得出測量氣體的溫度。2、采用保護(hù)電路，可以保護(hù)因為測點(diǎn)的電流過大導(dǎo)致后面電路供電不足，以及因流過加熱上橋臂的電流過大燒壞上橋臂電阻的危險。3、在大管道風(fēng)速測量中往往需要多點(diǎn)測量才能反應(yīng)管道風(fēng)速。通過采用多個并聯(lián)的本實用新型橋式電路，能有效實現(xiàn)在大管道風(fēng)速測量中的多點(diǎn)測量，進(jìn)一步的，還可通過保護(hù)電路，在其中一個或多個測點(diǎn)出故障的情況下不會影響其他測點(diǎn)的測量及其后的電路。圖1為本實用新型一種熱式氣體流量計實施例的電路原理圖;圖2為本實用新型一種熱式氣體流量計實施例的結(jié)構(gòu)示意圖;圖3為本實用新型熱式氣體流量計的多測點(diǎn)布置示意圖；圖4為實用新型熱式氣體流量計的測點(diǎn)信號處理流程圖；圖5為本實用新型熱式氣體流量計的后期信號處理流程圖。具體實施方式下面，結(jié)合附圖和實施例進(jìn)一步說明本實用新型。如圖1所示，本實施例的熱式氣體流量計包括一個橋式電路、PI控制電路、電壓跟隨器和保護(hù)電路，所述橋式電路包括測溫上橋臂，包括R12和Rl;測溫下橋臂，包括R14、測溫探頭RC和R16;加熱上橋臂R2;和設(shè)有一個加熱探頭RH的加熱下橋臂。所述PI控制電路包括R1.9、RllO、U1D、R17、C14、R18，PI控制電路的輸入端與橋式電路相連，輸出端與晶體管Qll連接，用于控制加熱探頭的功率，使加熱探頭與被測氣體保持恒溫差。電壓跟隨器包括U1A、U1B，用于防止后面的信號干擾前面的信號，同時讓信號傳送更遠(yuǎn)的距離。所述保護(hù)電路包括RH短路保護(hù)、RC斷路保護(hù)和或門控制電路，其中RH短路保護(hù)包括R161、R162、U1C，RC斷路保護(hù)包括Q13、R165、R166，或門控制電路包括D13、D12、D14、Q12、R163。當(dāng)RH燒斷時，加熱下橋臂的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于測溫下橋臂的電壓，通過PI控制電路輸出高電平讓晶體管Qll截止，只剩下Rll提供的初始工作電流，該電流很小，無需保護(hù)電路進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)RC短路時，測溫下橋臂的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于RH電壓，通過PI控制電路輸出高電平讓晶體管QH截止，只剩下Rll提供的初始工作電流，無需用保護(hù)電路進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)RH電阻短路時，加熱下橋臂的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于測溫下橋臂的電壓，并且RH短路電阻值很小，PI控制電路會在沒有保護(hù)的情況下一直輸出低電平，讓Qll完全工作在導(dǎo)通狀態(tài)，在沒有保護(hù)電路時形成惡性循環(huán)，容易燒壞后面電路并影響其他測點(diǎn)的測量。正常情況下，加熱下橋臂通過電壓跟隨器的電壓，要大于R162的電壓，所以放大器U1C輸出低電壓，通過R163、D13、D12和穩(wěn)壓D14能控制Q12工作在導(dǎo)通狀態(tài)。如果RH短路，則加熱下橋臂的電壓小于R162的電壓，放大器U1C輸出高電平通過R163、D13、D12和穩(wěn)壓D14能控制Q12工作在截止?fàn)顟B(tài)，這樣就能起到保護(hù)作用。電路正常時，U1D工作在線性區(qū)，通過R166使Q13工作在導(dǎo)通狀態(tài)，Q13的集電極輸出為低電壓，通過D12、R163、D13、穩(wěn)壓D14使Q12工作在導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)RC斷路的情況下U1D直接輸出低電平不工作在線性區(qū)，Q13截止，Q13的集電極輸出為高電平，通過D12、R163、D13、穩(wěn)壓D14使Q12工作在截止?fàn)顟B(tài)，防止流過RH電流過大，這樣就能起到保護(hù)作用。圖3為一種熱式氣體流量計實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，它包括流量測點(diǎn)6，測桿7，法蘭8，和測桿連接一起的法蘭蓋9，以及放線路板的接線盒10，通過法蘭式安裝，可簡化安裝過程。圖4所示為在一個測量管道11中，有十六個流量測點(diǎn)6，每四個測點(diǎn)共用一個測桿7和接線盒10，每個接線盒10中有共享電源和4套獨(dú)立并聯(lián)橋式電路、PI控制電路、電壓跟隨器、保護(hù)電路。圖5為后期信號處理流程圖首先，各個測點(diǎn)的AD011和AD012信號依次通過模擬開關(guān)、差分電路，再經(jīng)過AD采集，進(jìn)入單片機(jī)計算處理。由于接線盒離后期信號處理電路通常還有一定的距離，中間需要加導(dǎo)線連接，差分電路能消除中間接線電阻對測量的影響。在單片機(jī)中，能在多點(diǎn)測量時屏蔽壞測點(diǎn)，通過合理的算法使測量的結(jié)果更能準(zhǔn)確反應(yīng)風(fēng)道的情況。實時顯示、485數(shù)字輸出、420mA模擬輸出更能滿足工業(yè)現(xiàn)場對接口要求。表1為不同溫度下修正前后的恒溫差值對照表。假設(shè):RC零度時為1000.28歐姆，RH為零度時50.825歐姆，Rl為lk歐姆，R16為220k歐姆，R4為200歐姆，R2為50歐姆，由^—"公式計覚得R12為61.667k歐姆，通過賊電路有IPI1=HHI的關(guān)系，廳環(huán)境溫艦的rc隱公式，最后求出加熱下橋臂RH值，進(jìn)一步通過反査表得到探頭的溫度。將探頭溫度減去環(huán)境溫度，最終就得出探頭和環(huán)境溫度差。由表l可以明顯看出，通過在測溫下橋臂增加修正電阻R16，其得到的探頭和測量氣體的恒溫差要明顯好于沒有加R16的情形。表l:在不同溫度條件下的修正前后的恒溫差值對照表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求1、一種熱式氣體流量計，包括電源和至少一個橋式電路，所述橋式電路包括測溫上橋臂、測溫下橋臂、加熱上橋臂和加熱下橋臂，其特征在于測溫上橋臂上設(shè)有一并聯(lián)電阻(R12)，用于對測溫探頭(RC)和加熱探頭(RH)比例進(jìn)行調(diào)整；測溫下橋臂上設(shè)有一并聯(lián)電阻(R16)，用于對恒溫差進(jìn)行修正；還包括PI控制電路，所述PI控制電路的輸入端與橋式電路相連，輸出端與晶體管(Q11)相連，用于控制加熱探頭功耗；在加熱上橋臂和加熱下橋臂上各設(shè)有一個電壓測點(diǎn)，所述電壓測點(diǎn)通過模擬開關(guān)與AD采集電路相連。2、如權(quán)利要求1所述的熱式氣體流量計，其特征在于，在電壓測點(diǎn)與模擬開關(guān)之間設(shè)有電壓跟隨器。3、如權(quán)利要求1所述的熱式氣體流量計，其特征在于，所述模擬開關(guān)與AD采集電路之間設(shè)有差分放大電路。4、如權(quán)利要求2所述的熱式氣體流量計，其特征在于，所述模擬開關(guān)與AD采集電路之間設(shè)有差分放大電路。5、如權(quán)利要求1或2或3或4所述的熱式氣體流量計，其特征在于，在電源輸入端和每個橋式電路的晶體管(Q11)之間設(shè)有保護(hù)電路。6、如權(quán)利要求1或2或3或4所述的熱式氣體流量計，其特征在于，所述橋式電路為兩個或兩個以上，兩個或兩個以上的橋式電路成并聯(lián)連接。7、如權(quán)利要求5所述的熱式氣體流量計，其特征在于，所述橋式電路為兩個或兩個以上，兩個或兩個以上的橋式電路成并聯(lián)連接。專利摘要本實用新型公開了一種熱式氣體流量計，它包括電源和至少一個橋式電路，所述橋式電路包括測溫上橋臂、測溫下橋臂、加熱上橋臂和加熱下橋臂，測溫上橋臂上設(shè)有一并聯(lián)電阻，用于對測溫探頭和加熱探頭比例進(jìn)行調(diào)整；測溫下橋臂上設(shè)有一并聯(lián)電阻，用于對恒溫差進(jìn)行修正；還包括PI控制電路，所述PI控制電路的輸入端與橋式電路相連，輸出端與晶體管相連，用于控制加熱探頭功耗；在加熱上橋臂和加熱下橋臂上各設(shè)有一個電壓測點(diǎn)，所述電壓測點(diǎn)通過模擬開關(guān)與AD采集電路相連。本實用新型能有效解決因測量氣體溫度變化大而引起的測點(diǎn)輸出電壓變化大、補(bǔ)償效果不明顯的問題。文檔編號G01F1/698GK201434701SQ20092011900公開日2010年3月31日申請日期2009年4月30日優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日發(fā)明者李金明申請人:杭州典范科技有限公司