專利名稱：多功能電腦流量、熱量測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種多功能電腦流量、熱量測量裝置，屬于測量儀表輔助設(shè)備。
在本實用新型作出之前，現(xiàn)有技術(shù)中的電腦流量儀，如蘇州化工儀表廠生產(chǎn)的LJS－1型質(zhì)量流量計算機，江蘇無錫縣智能儀器廠和電站儀表廠生產(chǎn)的WC－83－Ⅱ智能流量計，四川成都化工微型計算機應(yīng)用研究所生產(chǎn)的CD－1型電腦流量儀等，有的無鍵盤設(shè)置參數(shù)，無模擬流量信號輸出，功能較差(如前者)；有的雖有鍵盤輸入，可設(shè)置參數(shù)，但硬件較復(fù)雜(如二后者)。
本實用新型的目的是針對現(xiàn)在技術(shù)的不足，提供一種改進的流量測量裝置，且還增加了熱量測量功能，它與節(jié)流裝置及變送器配合，能對各種氣、液等多種介質(zhì)進行流量測量，流量累積計算，并能對過熱蒸氣，飽和蒸氣，熱水等進行熱流量測量，熱量累積計算。
本實用新型的要點是發(fā)明者在輸入采樣單元中設(shè)計了一個與軟件相配合的V－F(電壓－頻率)轉(zhuǎn)換輸入電路，在輸出單元設(shè)計了一個由集成時基電路與運算放大器組成的F－V－1(頻率－電壓－電流)轉(zhuǎn)換輸出電路。
以下結(jié)合附圖對本實用新型進行說明。
附圖是本實用新型的硬件原理圖。
本實用新型除了電源供給電路14，單片微機系統(tǒng)(包括MCS－51系列8031單片微機4，地址鎖存器9，EPROM程序貯存器10)，顯示驅(qū)動電路6，顯示器7，報警指示器8，按鍵電路5，掉電保護電路11，機架等外，至少還包括一個以精密V－F轉(zhuǎn)換集成電路2(LM131，LM231，LM331系列)為核心的輸入采樣單元，一個以集成時基電路12(555系列)與運算放大器13組成的F－V－1轉(zhuǎn)換輸出電路為核心的輸出單元。
附圖中，A、B、C分別為溫度、壓力、差壓三種電流信號的輸入端，電阻R1～R3為取樣電阻，為了提高采樣精度，宜選用精度為1／1000的精密電阻。1為四通道多路轉(zhuǎn)換器／分離器，它有四個輸入端一個輸出端，通過對該電路的控制，四個輸入端能分別與輸出端接通和分離。1的三個輸入端分別與A、B、C端相連，1的另一個輸入端接比較基準(zhǔn)電壓，它由精密V－F轉(zhuǎn)換集成電路2提供，通過W4分壓后，得到一標(biāo)準(zhǔn)的比較基準(zhǔn)電壓，送入1的輸入端。四通道多路轉(zhuǎn)換器／分離器1是由8031單片微機4的I／0口的輸出信號控制，它是由軟件設(shè)置。1的一個輸出端信號通過R4，C1濾波后送入精密V－F轉(zhuǎn)換集成電路2的輸入端。精密V－F轉(zhuǎn)換集成電路2是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的LM131，LM231，LMB331系列電路。
集成電路2，電阻R4～R7，電容器C1～C3組成一個典型的精密V－F轉(zhuǎn)換器(參看美國NationalSemiconductorCorporation出版的“LINEARDATABOOK”)。電子開關(guān)3能迅速泄放C3上的電荷。采樣輸入電路工作原理是由于軟件的設(shè)置，8031單片微機4控制1電路依次接通A、B、C三端溫度、壓力、差壓信號到V－F電路，即對三信號依次分別采樣，然后接通由W4中點提供的標(biāo)準(zhǔn)比較基準(zhǔn)電壓，使送入V－F電路。這樣V－F電路依次輸出由三路輸入模擬信號變換后的三種頻率信號和一個由基準(zhǔn)電壓變換而成的頻率信號，這些信號均送入8031單片微機4，由軟件來對輸入信號和基準(zhǔn)信號進行比較后計算出輸入信號的數(shù)字量。這樣由于V－F電路溫度漂移所造成的變換誤差可以消除。例如由于溫度變化造成V－F變換頻率增高，而由基準(zhǔn)電壓提供的頻率也會增高，通過比較后，得出的輸入信號數(shù)字量不變，而基準(zhǔn)電壓是由集成電路2提供，集成電路2(LM131，LM231，LM331)提供的基準(zhǔn)電壓的溫度穩(wěn)定性達±60ppm／℃，時間穩(wěn)定性(100小時)達±0.1％。所以該電路具有自穩(wěn)零功能。由于R6，C3有較大的時間常數(shù)，為了提高采樣速度，加快C3的放電，設(shè)置了電子開關(guān)3，每采樣一個信號結(jié)束，隨即由8031單片微機4輸出控制信號使其合上，使C3電容上電菏泄放。由于對C3的充電是由電路2內(nèi)部恒流充電，速度較快。故本輸入采樣電路能獲得較快的采樣速度。8031單片微機4，地址／鎖存器9，EPROM程序貯存器10組成了一個典型的單片微機系統(tǒng)。其中按鍵電路5能進行參數(shù)設(shè)置，共有13鍵組成，“0”～“9”10個數(shù)字鍵，另3個鍵一個是小數(shù)點，另一個是設(shè)置轉(zhuǎn)換鍵，每按一次轉(zhuǎn)換鍵，即可轉(zhuǎn)換輸入對應(yīng)參數(shù)，還有一個是顯示輪換鍵，按鍵后可顯示溫度、壓力、流量，流量積算量或熱流量，熱流量積算量等。鍵盤輸入的信號隨即存入8031單片微機4的RAM中。6是顯示驅(qū)動電路，單片微機4輸出的顯示信號經(jīng)顯示驅(qū)動電路6去驅(qū)動顯示器7。8是報警指示器，當(dāng)輸入的壓力信號、溫度信號超過界限，8031單片微機4輸出信號使報警指示器中的LED閃爍顯示。報警界限由軟件設(shè)置。掉電保護電路11，當(dāng)電壓過低或者停電時，輸出電壓使8031單片微機4的RESET端處于高電位，從而保護內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)不至丟失。
上述電路能對各種被測介質(zhì)所對應(yīng)的輸入信號(可以是溫度、壓力、差壓信號如過熱蒸氣，天然氣，煤氣；可以是壓力、差壓信號如飽和蒸氣；可以僅是差壓信號如水和其他液體。這些選擇由被測介質(zhì)確定。)通過EPROM程序貯存器10中所存貯的各種介質(zhì)的流量計算公式或者熱量流量計算公式，對輸入的信號進行補償計算，求出對應(yīng)介質(zhì)的流量值，流量累積積算量或者是熱流量值，熱量累積值。(每個EPROM程序貯存器10僅貯存一種介質(zhì)的計算公式，僅能計算一種介質(zhì)的流量或熱量)。
為了能輸出瞬時流量模擬量(或者瞬時熱流量)，并以0～10mA或者4～20mA電流方式輸出。8031單片微機4計算出的瞬時流量(瞬時熱流量)以頻率方式輸出，然后送入以集成時基電路12(555系列)，運算放大器13，三極管BG組成了F－V－Ⅰ轉(zhuǎn)換輸出電路，獲得模擬信號輸出。
集成時基電路12(555系列)，電阻R8～R10，電容器C4～C6組成典型的單穩(wěn)電路(參看上海元件五廠《晶峰器件應(yīng)用第十期》1983年12月出版)，8031單片微機4輸出的幅值較低的頻率信號，通過單穩(wěn)電路輸出一脈寬穩(wěn)定，幅值較高的頻率信號再送入R11，C7組成的積分電路，得到了一與輸入頻率信號成正比的電壓信號，完成F－V變換工作。積分電路(R11，C7)輸出信號經(jīng)抗干擾電路(R12，C8)接運算放大器13的同相輸入端；運算放大器13，三極管BG，二極管D1～D4，電阻R13～R18，精密電位器W1、W2、W3，單刀雙擲開關(guān)K組成了電壓～電流(V－Ⅰ)變換輸出電路，通過K的切換，具有0～10mA和4～20mA電流輸出。
D，E為輸出接線端子。
V－Ⅰ(電壓～電流)變換電路2檔輸出原理如下由于軟件設(shè)置，當(dāng)瞬時流量(或者瞬時熱流量)為零時，8031單片微機4輸出一最低頻率信號為f(不為0)，當(dāng)達到滿量程(可按鍵設(shè)置)輸出一最高頻率信號為5f(這樣正好滿足4～20mA輸出時關(guān)系，簡化了硬件設(shè)計)。所以瞬時流量(或者瞬時熱流量)為零時，F(xiàn)－V電路輸出不為零，為此單刀雙擲開關(guān)K搬至上檔接通R17、W3、V2，V2為一正電壓，這樣三極管BG發(fā)射極上有一附加正電壓，使得BG電流減少，調(diào)整W3，即可使輸出電流為零，當(dāng)流量(熱流量)最大輸出時，調(diào)整W1，可使輸出為10mA，反復(fù)調(diào)整W1、W3，即可獲得0～10mA輸出。單刀雙擲開關(guān)K撥至下檔，輸出應(yīng)為4～20mA，R17、W3與三極管BG發(fā)射極脫開，這時由于瞬時流量(熱流量)輸出為0時，三極管BG雖有輸出但不到4mA，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)K撥至下檔時，R16、W2接至三極管BG發(fā)射極，調(diào)W2可使輸出為4mA，當(dāng)瞬時流量(或者熱流量)為最大值時，軟件自動保證輸出為20mA(前述)。附圖中R14，R18為保護用限流電阻。
本實用新型的工作電壓均由電源供給電路14供給。此為現(xiàn)有的技術(shù)，不再贅述。
本實用新型和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有速度快，檢測精度高，工作可靠，線路簡單，體積小巧等特點。適用于氣、液等各種介質(zhì)的流量測量，流量累積計算和過熱蒸氣、飽和蒸氣、熱水的熱流量測量、熱流量的累積計算。


1、4通道多路轉(zhuǎn)換器／分離器8、報警指示器2、精密V－F轉(zhuǎn)換集成電路(LM131、LM231、LM331系列)9、地址鎖存器3、電子開關(guān)10、EPROM程序貯存器4、8031單片微機11、掉電保護電路5、按鍵電路12、集成時基電路(555系列)6、顯示驅(qū)動電路13、運算放大器7、顯示器14、電源供給電路R1～R18電阻；D1～D4二極管；BG三極管；C1～C8電容；W1～W4精密電位器；K單刀雙擲開關(guān)。
其中，A溫度變送器輸入信號端，B壓力變送器輸入信號端，C差壓變送器輸入信號端，D瞬時流量模擬信號＋輸出端，E瞬時流量模擬信號－輸出端。
V1，V2，V3，V4各電路工作電源。
權(quán)利要求1.一種多功能電腦流量、熱量測量裝置，包括輸入采樣單元，輸出單元，單片微機系統(tǒng)，按鍵電路5，顯示驅(qū)動電路6，顯示器7，報警指示器8，掉電保護電路11，電源供給電路14，機架所組成，其特征在于輸入采樣單元的核心是由精密V-F(電壓～頻率)轉(zhuǎn)換集成電路2(LM131，LM231，LM331系列)及阻容元件構(gòu)成的精密V-F(電壓～頻率)轉(zhuǎn)換輸入電路，輸出單元則采用了一個由集成時基電路12(555系列)，運算放大器13，三極管BG組成的F-V-1(頻率～電壓～電流)轉(zhuǎn)換輸出電路(包括阻容元件、二極管)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于輸入采樣單元是由四通道多路轉(zhuǎn)換器／分離器1，精密V－F集成電路2，電阻R1～R7，電容器C1～C3，精密電位器W4，電子開關(guān)3所組成。四通道多路轉(zhuǎn)換器／分離器1的一個輸入端接標(biāo)準(zhǔn)比較基準(zhǔn)電壓，該電壓是由精密V－F集成電路2所提供，經(jīng)W4分壓后輸入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于輸出單元是由集成時基電路12(555系列)，運算放大器13，三極管BG，二極管D1～D4，電阻R8～R18，電容器C4～C8，精密電位器W1～W3，單刀雙擲開關(guān)K所組成。單刀雙擲開關(guān)K的切換使電路能獲0～10mA和4～20mA二檔輸出電流。
專利摘要一種多功能電腦流量、熱量測量裝置，包括按鍵電路、V-F轉(zhuǎn)換輸入電路、單片微機系統(tǒng)，顯示單元，集成時基電路與運算放大器組成的F-V-1轉(zhuǎn)換輸出電路等單元，可設(shè)置最大流量、滿額壓力值、溫度值、工況介質(zhì)密度等參數(shù)，具有速度快、檢測精度高、體積小的特點，與節(jié)流裝置及變送器配合，能對各種氣、液等多種介質(zhì)進行流量和熱量測量與累積計算。
文檔編號G01F1/56GK2043750SQ8821657
公開日1989年8月30日 申請日期1988年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月23日
發(fā)明者程涵育, 酡昌佑, 楊見智 申請人:程涵育, 酡昌佑, 楊見智