專利名稱：寬量程動(dòng)差式氣體流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于氣體流量計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種寬量程動(dòng)差式氣體流量計(jì)。
背景技術(shù)：
目前，世界上主流的流量儀表廠家所生產(chǎn)的各種氣體流量計(jì)量儀表，由于測量原理上的原因，單臺(tái)儀表流量測量范圍的局限性。一般量程都在I : 30左右，只有熱式氣體流量計(jì)和羅茨流量計(jì)的量程范圍比較寬，一般在I : 200左右。而且，由于氣體管道內(nèi)的氣流流速經(jīng)常出現(xiàn)過快和過慢的情況發(fā)生，超過儀表所能計(jì)量的流速范圍，超出計(jì)量范圍的氣流一般都不能被流量儀表準(zhǔn)確的記錄下來，尤其是小于量程下限的情況，甚至有時(shí)根本就記錄不到流量數(shù)值。為了解決上述問題，人們一直在研究寬量程的流量儀表，研究方向主要是通過合 理的技術(shù)手段對(duì)現(xiàn)有儀表量程下限以下的低速氣流進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量，到目前為止還沒有妥善的解決辦法。正因?yàn)槿绱?，目前在氣流流量的測量方面，往往在同一管道上將不同口徑的儀表并聯(lián)使用，利用控制閥來控制不同口徑的儀表來適應(yīng)不同的流速。此辦法雖然部分解決了現(xiàn)有計(jì)量儀表存在的問題，但由于儀表的流量信號(hào)輸出和控制閥的動(dòng)作均需要一個(gè)緩沖時(shí)間，這給氣流流量的精確計(jì)量帶來了問題，進(jìn)而為氣流的供給方和使用方造成了諸多不便，更造成了原材料和安裝場地上的極大浪費(fèi)，這和世界主流的節(jié)能環(huán)保理念相沖突。在傳感器領(lǐng)域出現(xiàn)了ー種高靈敏度的熱加速度傳感器為上述問題的解決提供了可能性。傳統(tǒng)的熱加速度計(jì)是基于電容或壓電技術(shù)，用于測量微機(jī)械質(zhì)量結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，這種技術(shù)在許多方面有一定的局限性，如表面粘附(稱為黏附)、滯后、機(jī)械震動(dòng)、電磁干擾(EMI)。昂貴而復(fù)雜的制造過程也面臨ー些與微機(jī)械運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)相關(guān)問題的挑戰(zhàn)，為了解決這些問題，MEMSIC開發(fā)出ー種獨(dú)特的技術(shù)，該技術(shù)解決了與傳統(tǒng)基于MEMS的加速度計(jì)相關(guān)的問題，利用熱對(duì)流技術(shù)，是全球第一家使用標(biāo)準(zhǔn)的CMOSエ藝的單芯片集成混合信號(hào)處理電路的熱對(duì)流MEMS慣性傳感器。其測量原理如下ー個(gè)被放置在芯片中央的熱源在這個(gè)空腔中產(chǎn)生ー個(gè)懸浮的“熱氣團(tuán)”，同時(shí)四個(gè)由鋁和多晶硅組成的熱電偶組被等距離對(duì)稱地放置在熱源的四個(gè)方向。在未受到加速度或水平放置時(shí)，其溫度的下降陡度是以熱源為中心而完全対稱的。此時(shí)，所有的四個(gè)熱電偶組均因感應(yīng)溫度相同而產(chǎn)生的電壓是相同的。上面是ー個(gè)空腔氣室，因無加速度的外力作用，熱氣團(tuán)位于正中央的中央熱源之上。當(dāng)受到ー個(gè)加速度的作用，熱氣團(tuán)偏移，原來四個(gè)熱電偶組的平衡被破壞，其溫度的下降陡度是以熱源為中心而向右發(fā)生A的偏量。由于自由對(duì)流熱場的傳遞性，任何方向的加速度都會(huì)擾亂熱場的輪廓，從而導(dǎo)致其不對(duì)稱，此時(shí)四個(gè)熱電偶組的輸出電壓會(huì)出現(xiàn)差異，而這熱電偶組輸出電壓的差異是直接與所感應(yīng)的加速度成比例的。在加速度傳感器內(nèi)部，有兩條完全相同的加速度信號(hào)傳輸路徑，一條是用于測量X軸上所感應(yīng)的加速度，另一條則是用于測量Y軸上所感應(yīng)的加速度。熱對(duì)流式加速度傳感器的內(nèi)部還包含傳感器的模擬信號(hào)后處理電路。來自同一軸、兩個(gè)方向的熱電偶組信號(hào)經(jīng)差分放大、溫度比較、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、低通濾波和緩沖，輸出已經(jīng)放大了的模擬信號(hào)；或經(jīng)差分放大、溫度比較和模數(shù)轉(zhuǎn)換，直接將信號(hào)處理成I2C接ロ界面。因此，熱對(duì)流式加速度傳感器是ー個(gè)多芯片的片上系統(tǒng)，即SOC或MCM。器件測量由加速度產(chǎn)生內(nèi)在熱傳遞中的變化提供較傳統(tǒng)固態(tài)校對(duì)更具有質(zhì)量優(yōu)勢的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵贛EMSIC傳感器設(shè)計(jì)中是利用氣體分子校對(duì)質(zhì)量，所以運(yùn)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)在加速度計(jì)內(nèi)會(huì)被消除，MEMSIC加速度計(jì)可承受的理論撞擊極限超過50000g，是傳統(tǒng)加速度計(jì)的5倍之多，同時(shí)也消除了與表面粘附相連的問題。另外，MEMSIC加速度計(jì)不在要求特殊處理和測試，可大幅減少OEM的成本，MEMSIC標(biāo)準(zhǔn)的CMOS兼容エ藝具備高質(zhì)量的制備能力。故障率比傳統(tǒng)的加速度計(jì)減少數(shù)千倍，這樣的技術(shù)和制造能力，從根本上消除了故障率和其他的相關(guān)制造成本。正是因?yàn)樵搨鞲衅骶邆渖鲜鰞?yōu)勢，將其應(yīng)用到氣體流量儀表中可以很好地解決存在的測量量程問題。結(jié)合當(dāng)前主流各種氣體流量計(jì)，應(yīng)用上述熱加速度傳感器可派生出多種復(fù)合式寬量程氣體流量計(jì)，如寬量程旋進(jìn)旋渦氣體流量計(jì)、寬量程氣體渦輪流量計(jì)、寬量程渦街式氣體流量計(jì)、寬量程動(dòng)差式氣體流量計(jì)、寬量程V錐式氣體流量計(jì)等。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種寬量程動(dòng)差式氣體流量計(jì)。本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是寬量程動(dòng)差式氣體流量計(jì)包括殼體，在所述殼體的內(nèi)壁上設(shè)有流量傳感器，還包括設(shè)有微處理器的積算儀，在所述殼體的內(nèi)壁上還設(shè)有熱加速度傳感器；所述積算儀中設(shè)有連接至所述微處理器的選通電路，所述選通電路有兩個(gè)輸入端、同時(shí)連接至所述流量傳感器與所述熱加速度傳感器。本實(shí)用新型還可以采用如下技術(shù)方案所述熱加速度傳感器的工作端位于距離所述殼體內(nèi)壁四份之ー內(nèi)徑距離處。本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本實(shí)用新型通過在現(xiàn)有的動(dòng)差式氣體流量計(jì)中設(shè)置兼具溫度傳感器功能的熱加速度傳感器，并在積算儀中設(shè)置與微處理器相連接的選通電路，其兩個(gè)輸入端將流量傳感器和熱加速度傳感器整合在一起，微處理器實(shí)時(shí)判斷管路中的流量狀況，當(dāng)流量處于流量傳感器下限以下吋，選通熱加速度傳感器工作，充分利用熱加速度傳感器準(zhǔn)確測量微小流量的特性，在沒有改變?cè)瓪怏w流量計(jì)的整體結(jié)構(gòu)的前提下拓寬了原流量計(jì)的量程、解決了現(xiàn)有技術(shù)中多表并聯(lián)帶來的問題。

圖I是現(xiàn)有技術(shù)中多表并聯(lián)測量的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I、大口徑流量控制閥；2、大口徑流量計(jì)；3、小口徑流量控制閥；4、小口徑流量計(jì)；5、積算儀；6、顯示屏；7、流量傳感器；8、熱加速度傳感器；9、殼體。
具體實(shí)施方式
[0017]為能進(jìn)一歩了解本實(shí)用新型的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下圖I是現(xiàn)有技術(shù)中多表并聯(lián)測量的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。在氣體流量測量的管路上，將大口徑流量計(jì)2和小口徑流量計(jì)4并聯(lián)使用，分別由大口徑流量控制閥I和小口徑流量控制閥3進(jìn)行控制。當(dāng)氣體流量較小時(shí)，通過控制閥的切換控制，將大口徑測量管路斷開、小口徑測量管路打開，以對(duì)較小流量進(jìn)行測量。此辦法雖然部分解決了現(xiàn)有計(jì)量儀表存在的問題，但由于儀表的流量信號(hào)輸出和控制閥的動(dòng)作均需要一個(gè)緩沖時(shí)間，這給氣流流量的精確計(jì)量帶來了問題，進(jìn)而為氣流的供給方和使用方造成了諸多不便，更造成了原材料和安裝場地上的極大浪費(fèi)。圖2是本實(shí)用新型寬量程動(dòng)差式氣體流量計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。包括殼體9，在殼體9的內(nèi)壁上設(shè)有流量傳感器7。還包括積算儀5，該積算儀5包括微處理器。壓カ傳感器7連接至信號(hào)采集單元。
在殼體9的內(nèi)壁上還設(shè)有熱加速度傳感器8，其工作端位于距離所述殼體9內(nèi)壁四分之一內(nèi)徑距離處。積算儀5中設(shè)有連接至微處理器的選通電路，該選通電路有兩個(gè)輸入端、同時(shí)連接至流量傳感器7與熱加速度傳感器8。在積算儀5上還設(shè)有顯示屏6對(duì)測量結(jié)果進(jìn)行顯
/Jn o通常情況下，氣體管路中的流量值處于流量傳感器7的量程范圍內(nèi)，此時(shí)積算儀5的微處理器通過選通電路選通流量傳感器7處于工作狀態(tài)，當(dāng)氣體管路中的流量減小至量程下限以下，微處理器通過選通電路選通熱加速度傳感器8處于工作狀態(tài)，由其對(duì)低流量值進(jìn)行測量。根據(jù)熱加速度傳感器8的工作原理，在芯片中央產(chǎn)生ー個(gè)懸浮的“熱氣團(tuán)”，同時(shí)四個(gè)由鋁和多晶硅組成的熱電偶組被等距離對(duì)稱地放置在熱源的四個(gè)方向。為了實(shí)現(xiàn)用該熱加速度傳感器8進(jìn)行對(duì)氣流速度的測量，需要經(jīng)過精確的數(shù)學(xué)建模來得到氣流速度與各熱電偶測量溫度值的關(guān)系曲線。由于氣流在管路中均勻流動(dòng)，可以將其假想為均一介質(zhì)，將熱加速度傳感器8的四個(gè)熱電偶中的兩個(gè)設(shè)置在流量計(jì)的中心線上，一個(gè)在入ロ方向另ー個(gè)在出口方向。當(dāng)流量計(jì)中沒有氣流流過時(shí)，其溫度的下降陡度是以熱源為中心而完全對(duì)稱的。此時(shí)，所有的四個(gè)熱電偶組均因感應(yīng)溫度相同而產(chǎn)生相同的電壓。當(dāng)氣流以一定的速度流過吋，“熱氣團(tuán)”沿氣體流向有ー個(gè)A的偏量，即擾亂了熱場的輪廓，從而導(dǎo)致其不對(duì)稱，此時(shí)流量計(jì)中心線上的兩個(gè)熱電偶的輸出電壓會(huì)出現(xiàn)差異，而該電壓的差值是直接與所感應(yīng)的氣流速度成比例的。由此建立了氣流速度與熱電偶間電壓差的關(guān)系模型。管路中氣流流速特點(diǎn)是管路中心流速最大，往四周逐漸減小，到達(dá)管壁時(shí)速度約等于零，因此靠近管壁處和靠近中心處的位置均不適合放置熱加速度傳感器8，本實(shí)施例中將該傳感器設(shè)置在距離殼體9內(nèi)壁四分之一內(nèi)徑距離處，以達(dá)到最好的測量效果。選通熱加速度傳感器8工作吋，微處理器根據(jù)測量得到的熱電偶間電壓差計(jì)算流速，進(jìn)而計(jì)算得到流量值。在計(jì)算的過程中，還需對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算，此處的溫度來自靠近流量計(jì)入ロ的熱電偶測量溫度值。
權(quán)利要求1.一種寬量程動(dòng)差式氣體流量計(jì)，包括殼體，在所述殼體的內(nèi)壁上設(shè)有流量傳感器，還包括設(shè)有微處理器的積算儀，其特征在于 在所述殼體的內(nèi)壁上還設(shè)有熱加速度傳感器； 所述積算儀中設(shè)有連接至所述微處理器的選通電路，所述選通電路有兩個(gè)輸入端、同時(shí)連接至所述流量傳感器與所述熱加速度傳感器。
2.按照權(quán)利要求I所述的寬量程動(dòng)差式氣體流量計(jì)，其特征在于所述熱加速度傳感器的工作端位于距離所述殼體內(nèi)壁四份之ー內(nèi)徑距離處。
專利摘要本實(shí)用新型屬于氣體流量計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種寬量程動(dòng)差式氣體流量計(jì)。包括殼體，在所述殼體的內(nèi)壁上設(shè)有流量傳感器，還包括設(shè)有微處理器的積算儀，在所述殼體的內(nèi)壁上還設(shè)有熱加速度傳感器；所述積算儀中設(shè)有連接至所述微處理器的選通電路，所述選通電路有兩個(gè)輸入端、同時(shí)連接至所述流量傳感器與所述熱加速度傳感器。本實(shí)用新型在現(xiàn)有動(dòng)差式氣體流量計(jì)內(nèi)設(shè)置熱加速度傳感器，并在積算儀中設(shè)置選通電路將流量傳感器和熱加速度傳感器整合在一起，微處理器根據(jù)流量大小控制不同傳感器工作，拓寬了流量傳感器的量程。
文檔編號(hào)G01F1/20GK202533106SQ201220114640
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者郭慶博 申請(qǐng)人:天津市勝武儀表技術(shù)有限公司