專利名稱：半導(dǎo)體流速測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測量流體流速的裝置。
現(xiàn)有流速測量裝置中，傳統(tǒng)的皮托管流速測量儀精度差，響應(yīng)速度慢，重復(fù)性不好；激光、雷達多普勒流速計體積過大，價格昂貴；螺旋槳測速儀易受水中雜物的影響，穩(wěn)定性也較差；而熱絲法測速僅適于低速和實驗室應(yīng)用。從WO91/03739號專利文件中闡述的“管道和隧道流速測量儀”看，它也是利用差壓原理測量的，它用2個盤形元件和一個附加的壓力管作為傳感器的感受元件，使該流速儀結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，量值不穩(wěn)定。此外，目前使用的測速儀大多為指計式和刻度式，不便于儲存信息和進行數(shù)據(jù)處理，很不適應(yīng)化工、醫(yī)藥、航運、水文觀測、流體力學實驗、流量測量、水上體育運動項目的急需。
本實用新型的目的是針對一般流速儀存在的諸多不足，利用現(xiàn)代高科技提供的小型和微型半導(dǎo)體壓阻元件，旨在提供一種新型半導(dǎo)體流速測量儀。
本實用新型的技術(shù)方案是一種測量流體流速的裝置，由傳感器1、支管2、單片機4等組成，其流速傳感器1為壓阻式半導(dǎo)體差壓傳感器，傳感器1和單片機4之間用電纜3相連接，單片機4中IC2信號放大電路直聯(lián)到IC3模數(shù)(A/0)轉(zhuǎn)換電路，IC3的輸出端與液晶顯示的驅(qū)動芯片和打印機驅(qū)動電路相連。也可按需要安裝智能控制輸入、輸出電路，本實用新型中電纜3為屏蔽電纜。
下面參照附圖，詳述本實用新型的內(nèi)容。


圖1本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖圖2本實用新型流速傳感器電路原理圖圖3本實用新型單片機方框圖5為傳感器輸入接口，6為信號放大電路，7為模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路，3為顯示和打印電路圖4本實用新型單片機電路原理圖參照附圖，流速傳感器1為壓阻式半導(dǎo)體差壓傳感器，它以單晶硅為基體，在特定晶面，用集成電路工藝技術(shù)擴散四個等值應(yīng)變電阻組成惠斯登電橋(即圖2中4個R組成的電橋)，當流體(液體、氣體均可)靜止時，傳感器1不受動壓作用，電橋處于平衡狀態(tài)，傳感器輸出電壓V0為零當流體運動時，傳感器1在流速方向就感受到一個動壓作用，使得一對橋臂電阻變大為(R＋ΔR)，另一對變小為(R－ΔR)，電橋失去平衡，傳感器輸出電壓就為一個不為零的V0。根據(jù)流體力學原理和伯努利方程，流體的動壓與流速的平方成正比，所以，只要對傳感器1輸出的信號V0(即流體的動壓參量)進行檢測，就可準確地測出流體的速度。
本實用新型裝置具體的檢測過程是這樣的單片機4開機后，通過電纜3供給傳感器1一個電壓Vg，傳感器1處于工作狀態(tài)，當流體處于靜止狀態(tài)時，傳感器1的輸出V0為零，單片機4的顯示屏上流速的讀數(shù)也為零當流體流動時，這時傳感器1上就輸出一個不為零的電壓V0，V0經(jīng)過電纜3傳輸至單片機4，按圖3方框圖所示，經(jīng)過信號放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換，直接在顯示屏上顯示出流速的數(shù)值讀數(shù)。
圖4中，CPU(80C31)為中央處理機，RAM(62256)為隨機存取存儲器。IC1、C2、組成負電壓轉(zhuǎn)換電路。IC為CMOS電壓轉(zhuǎn)換芯片，當C1＝C2＝C時，電路輸出陽抗由 而定。這里f＝5KHZ。因此，輸出陽抗由C值唯一確定。該電路用于為運放IC2(7650)提供負電源，還經(jīng)R10、R11到A/D器件IC3(7109)的INLO引腳作為模擬信號低端輸入。
IC2為斬波穩(wěn)零運算放大器，該芯片含主放大器A1和校零放大器A2、C3和C1為存貯電容。在內(nèi)部時鐘控制下，采樣和校零不斷交替進行，C3和C4各自存放A2的信號輸出電壓和誤差電壓，分別送給主放大器A1、和校零放大器A2的校零輸入端，使失調(diào)電壓及溫漂極小，共模抑制比很大，達到有效放大傳感器輸出信號的目的。該電路為同相放大電路，傳感器的輸出信號與a1連接，傳感器地與a3連接，經(jīng)放大電路放大后，輸出到IC3的模擬信號高端輸入INHI。
IC3為雙積分式A/D轉(zhuǎn)換芯片，將IC3的MODE腳接地，使其工作于直接輸出工作方式。將RUN/HOLD接+5V，這樣IC3可進行連續(xù)轉(zhuǎn)換，將STATUS線與CPU芯片的INTO相連，每完成一次轉(zhuǎn)換便向CPU發(fā)送一次中斷請求信號，并通過IC4芯片Y6、Y7腳輸入IC3的HBEN、LBEN腳，作輸出的輸助選通信號。IC3將傳感器1輸入的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并經(jīng)80C31處理后，通過B1B2B3B4送入液晶顯示的驅(qū)動芯片，完成液晶顯示。存貯器RAM與CPU的總線口相連，完成數(shù)據(jù)存儲功能。
圖4中，IC4(138)為譯碼芯片，OSC為石英晶振，C6、R13分別為集成電容和集成電阻，C8為參考電容，電位器R7用于調(diào)節(jié)參考電壓，電位器R12用于零點調(diào)整。
本實用新型中所屬高檔的流速儀中，單片機4上還可增加存儲打印、數(shù)據(jù)處理和智能控制等多種功能，可按需要打印出流速數(shù)據(jù)和表格，也可接需要編程，當流速達到某一數(shù)值時，進行報警或發(fā)出指令給外圍的調(diào)控器，實現(xiàn)對與流速有關(guān)的設(shè)備和生產(chǎn)工藝過程的智能控制，使本實用新型裝置方便地與主控制室的大型計算機聯(lián)網(wǎng)，有助于實現(xiàn)科學實驗和生產(chǎn)過程的自動化和無人化，保證安全生產(chǎn)和提高經(jīng)濟效益。
本實用新型既不同于汾丘里管(Venturitube)法，也不同于皮托管法，而是采用了獨特的用差壓測流速的方法，它把集感受、敏感和檢測三元件為一體的壓阻式傳感器1直接置于流體(空氣、液體均可)中，沒有中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，所以重復(fù)性和遲滯等誤差極?。煌瑫r，由于硅單晶的靈敏因子高，從而使流量計的靈敏度高，又由于硅單晶本身剛度很好，形變很小，保證了儀器良好的線性，因此綜合精度很高；此外，本實用新型流速儀具有壓阻傳感器和單片機的雙重特點，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，體積小、重量輕，全裝置中無運動部件，無磨損，工作頻率高，動態(tài)響應(yīng)好，工作可靠，壽命長，互換性好，便于生產(chǎn)各量程的系列產(chǎn)品，傳感器1的輸出較大，易于計算機連接?？傊緦嵱眯滦涂蓮V泛應(yīng)用于化工，醫(yī)藥、航運、水文、氣象、流體力學實驗、流體流量測量、水上體育運動等領(lǐng)域，是一種頗有發(fā)展前的景數(shù)字化、微型化、集成化、智能化流速測量儀
權(quán)利要求1.一種測量流體流速的裝置，它包括傳感器(1)、支管(2)、單片機(4)，其特征是，流速傳感器(1)為壓阻式半導(dǎo)體差壓傳感器，傳感器(1)和單片機(4)之間用電纜(3)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是單片機(4)中IC2信號放大電路直聯(lián)到IC3模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路，IC3的輸出端與液晶顯示的驅(qū)動芯片和打印機驅(qū)動電路相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是電纜(3)為屏蔽電纜。
專利摘要一種測量流體流速的裝置，由支管、壓阻式半導(dǎo)體差壓傳感器、單片機組成，傳感器和單片機之間用電纜相連接，單片機中安裝有信號放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字顯示等電路它結(jié)構(gòu)簡單、體積小、耗能少、工作頻率高，動態(tài)響應(yīng)好，靈敏度高、精度好，工作可靠，易與計算機聯(lián)網(wǎng)，可廣泛應(yīng)用于化工，醫(yī)藥、航運、水文氣象、流體力學實驗、流體流量測量、水上體育運動等領(lǐng)域，是一種數(shù)字化、微型化、集成化、智能化的流速測量儀。
文檔編號G01F1/34GK2230916SQ9420925
公開日1996年7月10日 申請日期1994年4月16日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月16日
發(fā)明者方青, 黃勝初, 黃松濤, 方曲靜 申請人:方青, 黃勝初