專利名稱：一種低功耗熱式氣體流量測(cè)量電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種熱式氣體流量測(cè)量電路 ，尤其適用于低功耗熱式氣體流量檢測(cè)儀表。
背景技術(shù)：
熱式氣體流量計(jì)是利用流體流過(guò)外熱源加熱的管道時(shí)產(chǎn)生的溫度場(chǎng)變化來(lái)測(cè)量流體質(zhì)量流量的儀表。具有壓損低，量程比寬，高精度、高重復(fù)性和高可靠性，無(wú)可動(dòng)部件，甚至可用于測(cè)量溫度極低氣體流量等優(yōu)點(diǎn)。目前熱式氣體流量計(jì)已廣泛應(yīng)用與航空航天，工業(yè)生產(chǎn)以及天然氣運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。它的基本原理是基于加熱傳感元件的對(duì)流傳熱。當(dāng)有氣體流過(guò)加熱元件表面時(shí)，會(huì)帶走一部分熱量，引起電阻阻值的變化，這個(gè)變化量與氣體的流量和溫度有關(guān)，通過(guò)測(cè)量該電阻值的變化，就能測(cè)得氣體的流量。熱式氣體流量計(jì)在使用的時(shí)候，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)組合熱膜探頭在上電瞬間燒壞的情況。經(jīng)過(guò)分析后發(fā)現(xiàn)，在儀表上電的時(shí)候，熱膜探頭的加熱電阻一端瞬間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的電壓。探頭在未上電時(shí)處于冷態(tài)，其阻值較低。突然產(chǎn)生的大電壓使探頭加熱電阻瞬間產(chǎn)生很高的熱量，而組合熱膜探頭陶瓷基片厚度很薄，僅為O. 15_，因此其熱容量很低，瞬間產(chǎn)生的高熱量對(duì)探頭形成熱沖擊，很容易燒毀探頭，解決探頭熱沖擊問(wèn)題能有效改善熱式氣體流量計(jì)的可靠性，大大降低維護(hù)成本。另外，熱式氣體流量計(jì)需要對(duì)探頭加熱，功耗相對(duì)其他流量檢測(cè)儀表大，因此降低系統(tǒng)功耗，延長(zhǎng)電池的使用壽命也是降低成本的有效手段之一。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種低功耗熱式氣體流量測(cè)量電路，采用間歇式供電，解決了探頭熱沖擊問(wèn)題，降低了功耗，提高了系統(tǒng)可靠性。本實(shí)用新型解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案為本實(shí)用新型包括由測(cè)溫電阻慫、速度探頭電阻< 和精密電阻％、慫連接成電橋構(gòu)成的傳感器、信號(hào)放大器、濾波器、單片機(jī)和電壓可控供電電路，傳感器的輸出電壓信號(hào)經(jīng)放大器放大后與濾波器的輸入端相連，濾波器的輸出端與單片機(jī)的AD采樣接口相連，單片機(jī)的IO端口與電壓可控供電電路的輸入端相連，電壓可控供電電路的輸出端與傳感器的輸入端相連。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，以測(cè)溫電阻<、速度探頭電阻慫以及兩個(gè)精密電阻構(gòu)成的電橋作為測(cè)量元件，設(shè)計(jì)了氣體流量測(cè)量電路，采用恒溫法測(cè)量氣體流量。該測(cè)量電路采用間歇式供電，不僅能有效降低功耗，而且防止電壓瞬間升高燒壞探頭。實(shí)驗(yàn)表明，采用本實(shí)用新型測(cè)量氣體流量精度可達(dá)1%，流量量程比近100 :1。

圖I是低功耗熱式氣體流量測(cè)量電路結(jié)構(gòu)示意圖；[0009]圖2是低功耗熱式氣體流量測(cè)量電路的一種具體電路實(shí)例。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型包括由兩個(gè)精密電阻％、慫、測(cè)溫電阻慫和速度探頭電阻<連接成非平衡電橋構(gòu)成的傳感器2、信號(hào)放大器3、濾波器4、單片機(jī)5和電壓可控供電電路I，傳感器2的輸出電壓信號(hào)V經(jīng)放大器3放大后與濾波器4的輸入端相連,濾波器4的輸出端與單片機(jī)5的AD采樣接口相連，單片機(jī)5的IO端口與電壓可控供電電路I的輸入端相連，電壓可控供電電路I的輸出端與傳感器2的輸入端相連。圖2是低功耗熱式氣體流量測(cè)量電路的一種具體電路實(shí)例，圖例中，信號(hào)放大器 采用TLC2254芯片。芯片TLC2254的第5腳分別與電阻R12的一端和電阻R13的一端連接，電阻R12的另一端接傳感器I輸出信號(hào)V ;電阻R13的另一端接地，芯片TLC2254的第6腳分別與電阻Rll和電阻R14的一端連接，電阻Rll的另一端分別與電阻RlO的一端和電位器Wl的一端連接，電阻RlO的另一端接地，電位器Wl的另一端接2. 5V電壓源，電阻R14的另一端分別與芯片TLC2254的第7腳和電阻R15的一端連接，電阻R15的另一端和芯片TLC2254的第9腳連接，芯片TLC2254的第10腳分別與電阻R16的一端和電阻R17的一端連接，電阻R16的另一端接地，電阻R17的另一端和電位器W2的一端連接，電位器W2的另一端分別與芯片TLC2254的第11腳和濾波器的輸入端連接。濾波器與信號(hào)放大器共同米用同一款TLC2254芯片，芯片TLC2254的第12腳分別與電阻R21的一端和電容C21的一端連接，電容C21的另一端接地，電阻R21的另一端分別與電阻R20的一端和電容C20的一端連接，電容C20的另一端接地，電阻R20的另一端和信號(hào)放大器的輸出端連接，芯片TLC2254的第13腳和第14腳連接，第14腳為濾波器的輸出端，與單片機(jī)的AD采用端，即第75腳連接。單片機(jī)采用MSP430F425芯片，單片機(jī)的第8腳分別與晶振Y的一端和電容Cl的一端連接，電容Cl的另一端分別與地和電容C2的一端連接，電容C2的另一端分別與晶振Y的另一端和單片機(jī)的第9腳連接，單片機(jī)的第I腳和第52腳分別電解電容CDl的負(fù)極和電容C3的一端連接，單片機(jī)的第79腳和第53腳分別與電容⑶I的正極、電容C3的另一端以及地連接。單片機(jī)的第80腳分別與電解電容⑶2的負(fù)極和電容C4的一端連接，單片機(jī)的第78腳分別和電解電容CD2的正極、電容C4的另一端以及地連接。單片機(jī)的第65腳為PWM輸出端，與電壓可控供電電路的輸入端連接。電壓可控供電電路采用三極管MJD122和2803芯片。三極管MJD122的集電極接12V,基極接芯片2803的第一腳，芯片2803的第9腳接地，第19腳和單片機(jī)的第65腳連接。發(fā)射極與傳感器的輸入腳連接，為傳感器供電。傳感器采用組合膜式探頭，速度探頭電阻Rh的一端分別與電壓可控供電電路的輸出端和測(cè)溫電阻Rt的一端連接，速度探頭電阻Rh的另一端分別與信號(hào)放大器的輸入端和精密電阻Rl的一端連接，測(cè)溫電阻Rt的另一端和精密電阻R2連接，精密電阻R2的另一端分別與精密電阻Rl的另一端和地連接。本實(shí)用新型工作原理工作時(shí)將速度探頭電阻慫放入測(cè)量管道的幾何中心，當(dāng)流體靜止時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，當(dāng)流體流過(guò)速度探頭時(shí)，電橋失去平衡，傳感器輸出的電壓信號(hào)K7經(jīng)信號(hào)放大器放大、濾波器濾去高頻信號(hào)后，輸入單片機(jī)的AD接口，單片機(jī)計(jì)算后通過(guò)電壓可控供電電路將該電壓差V/反饋給電橋，電橋恢復(fù)平衡，使速度探頭的溫度保持恒定；此時(shí)傳感器的輸出電壓信號(hào)K，該電壓信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器放大、濾波器濾去高頻信號(hào)后，輸入單片機(jī)的AD接口，單片機(jī)按下式計(jì)算出氣體的流量9。
權(quán)利要求1. 一種低功耗熱式氣體流量測(cè)量電路，其特征在于它包括由測(cè)溫電阻慫、速度探頭電阻< 和精密電阻A、慫連接成電橋構(gòu)成的傳感器(2)、信號(hào)放大器(3)、濾波器(4)、單片機(jī)(5 )和電壓可控供電電路(I)，傳感器(2 )的輸出電壓信號(hào)經(jīng)放大器(3 )放大后與濾波器(4)的輸入端相連，濾波器(4)的輸出端與單片機(jī)(5)的AD采樣接口相連，單片機(jī)(5)的IO端口與電壓可控供電電路(I)的輸入端相連，電壓可控供電電路(I)的輸出端與傳感器(2 )的輸入端相連?！?br> 專利摘要本實(shí)用新型涉及一種低功耗熱式氣體流量測(cè)量電路。本實(shí)用新型包括由測(cè)溫電阻Rh、速度探頭電阻Rt和精密電阻R1、R2連接成電橋構(gòu)成的傳感器、信號(hào)放大器、濾波器、單片機(jī)和電壓可控供電電路，傳感器的輸出電壓信號(hào)經(jīng)放大器放大后與濾波器的輸入端相連，濾波器的輸出端與單片機(jī)的AD采樣接口相連，單片機(jī)的IO端口與電壓可控供電電路的輸入端相連，電壓可控供電電路的輸出端與傳感器的輸入端相連。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，以測(cè)溫電阻Rt、速度探頭電阻Rh以及兩個(gè)精密電阻構(gòu)成的電橋作為測(cè)量元件，設(shè)計(jì)了氣體流量測(cè)量電路，采用恒溫法測(cè)量氣體流量。該測(cè)量電路采用間歇式供電，不僅能有效降低功耗，而且防止電壓瞬間升高燒壞探頭。
文檔編號(hào)G01F1/698GK202693052SQ20122033394
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者黃震威, 程佳, 趙偉國(guó), 趙雪松 申請(qǐng)人:浙江省計(jì)量科學(xué)研究院