專利名稱：寬量程氣體流量計積算儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于氣體流量計量技術領域，尤其涉及一種寬量程氣體流量計積算儀。
背景技術：
目前，世界上主流的流量儀表廠家所生產的各種氣體流量計量儀表，由于測量原理上的原因，單臺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和羅茨流量計的量程范圍比較寬，一般在I : 200左右。而且，由于氣體管道內的氣流流速經常出現過快和過慢的情況發(fā)生，超過儀表所能計量的流速范圍，超出計量范圍的氣流一般都不能被流量儀表準確的記錄下來，尤其是小于量程下限的情況，甚至有時根本就記錄不到流量數值。
·[0003]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手段對現有儀表量程下限以下的低速氣流進行準確計量，到目前為止還沒有妥善的解決辦法。正因為如此，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不同的流速。此辦法雖然部分解決了現有計量儀表存在的問題，但由于儀表的流量信號輸出和控制閥的動作均需要一個緩沖時間，這給氣流流量的精確計量帶來了問題，進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，這和世界主流的節(jié)能環(huán)保理念相沖突。在傳感器領域出現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)的熱加速度計是基于電容或壓電技術，用于測量微機械質量結構運動，這種技術在許多方面有一定的局限性，如表面粘附(稱為黏附)、滯后、機械震動、電磁干擾(EMI)。昂貴而復雜的制造過程也面臨ー些與微機械運動結構相關問題的挑戰(zhàn)，為了解決這些問題，MEMSIC開發(fā)出ー種獨特的技術，該技術解決了與傳統(tǒng)基于MEMS的加速度計相關的問題，利用熱對流技術，是全球第一家使用標準的CMOSエ藝的單芯片集成混合信號處理電路的熱對流MEMS慣性傳感器。其測量原理如下ー個被放置在芯片中央的熱源在這個空腔中產生ー個懸浮的“熱氣團”，同時四個由鋁和多晶硅組成的熱電偶組被等距離對稱地放置在熱源的四個方向。在未受到加速度或水平放置時，其溫度的下降陡度是以熱源為中心而完全対稱的。此時，所有的四個熱電偶組均因感應溫度相同而產生的電壓是相同的。上面是ー個空腔氣室，因無加速度的外力作用，熱氣團位于正中央的中央熱源之上。當受到ー個加速度的作用，熱氣團偏移，原來四個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。由于自由對流熱場的傳遞性，任何方向的加速度都會擾亂熱場的輪廓，從而導致其不對稱，此時四個熱電偶組的輸出電壓會出現差異，而這熱電偶組輸出電壓的差異是直接與所感應的加速度成比例的。在加速度傳感器內部，有兩條完全相同的加速度信號傳輸路徑，一條是用于測量X軸上所感應的加速度，另一條則是用于測量Y軸上所感應的加速度。[0006]熱對流式加速度傳感器的內部還包含傳感器的模擬信號后處理電路。來自同一軸、兩個方向的熱電偶組信號經差分放大、溫度比較、模數轉換、數模轉換、低通濾波和緩沖，輸出已經放大了的模擬信號；或經差分放大、溫度比較和模數轉換，直接將信號處理成I2C接ロ界面。因此，熱對流式加速度傳感器是ー個多芯片的片上系統(tǒng)，即SOC或MCM。器件測量由加速度產生內在熱傳遞中的變化提供較傳統(tǒng)固態(tài)校對更具有質量優(yōu)勢的結構，因為在MEMSIC傳感器設計中是利用氣體分子校對質量，所以運動機械結構在加速度計內會被消除，MEMSIC加速度計可承受的理論撞擊極限超過50000g，是傳統(tǒng)加速度計的5倍之多，同時也消除了與表面粘附相連的問題。另外，MEMSIC加速度計不在要求特殊
處理和測試，可大幅減少OEM的成本，MEMSIC標準的CMOS兼容エ藝具備高質量的制備能力。故障率比傳統(tǒng)的加速度計減少數千倍，這樣的技術和制造能力，從根本上消除了故障率和其他的相關制造成本。正是因為該傳感器具備上述優(yōu)勢，將其應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。結合當前主流各種氣體流量計，應用上述熱加速度傳感器可派生出多種復合式寬量程氣體流量計，如寬量程旋進旋渦氣體流量計、寬量程氣體渦輪流量計、寬量程渦街式氣體流量計、寬量程動差式氣體流量計、寬量程V錐式氣體流量計等。為了配合上述的新型寬量程氣體流量計，需要ー種與之對應的寬量程氣體流量計積算儀。

實用新型內容本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種適用于寬量程氣體流量計的積算儀。本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是寬量程氣體流量計積算儀包括微處理器、信號采集單元和顯示單元，所述信號采集單元包括放大器和A/D轉換器，所述放大器的輸入端同時連接至安裝在氣體流量計上的溫度傳感器和壓カ傳感器，所述A/D轉換器位于放大器和所述微處理器之間；所述顯示単元為通過液晶驅動電路連接至所述微處理器的液晶顯示屏；所述信號采集單元還包括ー個直接連接至所述微處理器的選通電路，其輸入端為兩個，分別通過各自的前置放大器連接至安裝在氣體流量計上的流量傳感器和熱加速度傳感器；還包括連接至所述微處理器的存儲器，用于存儲實時數據并進行永久保存。本實用新型還可以采用如下技術方案所述微處理器為MCU。所述存儲器為電可擦可編程只讀存儲器EEPR0M。還包括連接至所述微處理器的用戶接ロ単元，所述用戶接ロ単元包括可與用戶計算機或儀表連接的RS485通訊接ロ、D/A轉換器和脈沖放大器。還包括連接至所述微處理器的輸入設置単元。還包括內置電源單元。所述內置電源單元包括鋰離子電池。本實用新型具有的優(yōu)點和積極效果是本實用新型通過設置與微處理器直接相連的選通電路，將安裝于氣體流量計上的流量傳感器和熱加速度傳感器整合到一起，通過微處理器的判斷與控制，根據不同情況選通不同傳感器工作，即氣體流速在流量傳感器的量程范圍內時選通流量傳感器，低于其量程范圍的下限時選通熱加速度傳感器，也就是拓展了原流量傳感器的范圍，解決了現有技術中多表并聯(lián)帶來的問題。存儲器的設置實現了數據的實時存儲，系統(tǒng)掉電重啟后數據自動重新載入。顯示單元、用戶接口和輸入設置單元實現了人機交互，操作簡單、穩(wěn)定可靠。

圖I是本實用新型的系統(tǒng)框圖。
具體實施方式
為能進一歩了解本實用新型的發(fā)明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下 請參見圖1，本實用新型包括MCU微處理器、信號采集單元和顯示單元。微處理器中設置處理程序，接收來自信號采集單元的數字信號并進行高速監(jiān)控處理；對管路中的エ況進行判斷并選通相應傳感器；對計算得到的數值進行顯示處理并控制外置其它單元。信號采集單元包括放大器和A/D轉換器，放大器的輸入端同時連接至安裝在氣體流量計上的溫度傳感器和壓カ傳感器收集兩者產生的模擬信號，A/D轉換器位于放大器和微處理器之間，將模擬信號轉化為數字信號。顯示單元為通過液晶驅動電路連接至微處理器的液晶顯示屏，集中顯示氣體流量計中的溫度、壓力、エ況、標況和累計氣體總量等信息。信號采集單元還包括ー個直接連接至微處理器的選通電路，其輸入端為兩個，分別通過各自的前置放大器連接至安裝在氣體流量計上的流量傳感器和熱加速度傳感器，該選通電路在微處理器的控制下選通ー個傳感器、斷開另ー個。根據熱加速度傳感器的工作原理，在芯片中央產生ー個懸浮的“熱氣團”，同時四個由鋁和多晶硅組成的熱電偶組被等距離對稱地放置在熱源的四個方向。為了實現用該熱加速度傳感器進行對氣流速度的測量，需要經過精確的數學建模來得到氣流速度與各熱電偶測量溫度值的關系曲線。由于氣流在管路中均勻流動，可以將其假想為均一介質，將熱加速度傳感器的四個熱電偶中的兩個設置在流量計的中心線上，一個靠近入口一個靠近出ロ。當流量計中沒有氣流流過時，其溫度的下降陡度是以熱源為中心而完全対稱的。此時，所有的四個熱電偶組均因感應溫度相同而產生相同的電壓。當氣流以一定的速度流過時，“熱氣團”沿氣體流向有ー個A的偏量，即擾亂了熱場的輪廓，從而導致其不對稱，此時流量計中心線上的兩個熱電偶的輸出電壓會出現差異，而該電壓的差異是直接與所感應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系模型。還包括連接至微處理器的存儲器，用于存儲實時數據并進行永久保存，存儲器選取為電可擦可編程只讀存儲器EEPR0M。還包括連接至微處理器的用戶接ロ単元，該用戶接ロ単元包括可與用戶計算機或儀表連接的RS485通訊接ロ、D/A轉換器和脈沖放大器，用戶可以通過該接ロ單元將該積算儀連接至電腦進行數據讀取、分析，也可連接其它儀表進行顯示以及深度處理等操作。還包括連接至微處理器的輸入設置単元，包括鍵盤、觸摸屏等設備，用戶由此對積算儀進行設置。還包括內置電源單元，其中采用鋰離子電池，電量由液晶顯示屏進行顯示。該系統(tǒng)將安裝于氣體流量計上的流量傳感器和熱加速度傳感器整合到一起，其等效為雙傳感器輸入，單微處理器來無觸點執(zhí)行切換。通過選通電路利用I2C總線同微處理芯片相連接，由軟件程序在內部做實時高速監(jiān)控處理，來判斷當前管道內的氣流流速，根據結果選通是該由流量傳感器電路工作還是由熱加速度傳感器電路工作，總運算反應時間為2ns-10ns之間，通過無觸點快速切換，來自動執(zhí)行量程切換功能。同吋，由微處理器經過質量和體積轉換，驅動液晶顯示屏進行顯示，并且由EEPROM實時進行數據存儲，來永久保存。當系統(tǒng)初次上電，執(zhí)行自檢，完畢后默認熱加速度傳感器工作，并且執(zhí)行間歇掃描，當檢測到流速后根據當前運算結果來決定是否選通切換常規(guī)傳感器，或者在用戶了解流量的前提下直接人工設置默認傳感器狀態(tài)。然后由儀表自動執(zhí)行相關選通。電氣性能指標(I)工作電源外電源(8 24)VDC，紋波彡50mV,當接入外電源時內電源自動斷開，整機由外電源供電工作。內電源ー節(jié)3. 6V DC鋰電池，屏幕實時顯示電池電量，并有電池欠壓報警，以提示用戶及時更換。(2)整機功耗外電源整機功耗彡Iff ；內電源平均功耗彡0. 8mff,處于休眠狀態(tài)時，功耗彡0. 2mW。(3)輸入信號 流量信號(0 2) kHz脈沖信號，Vpp = 2. 5V ；溫度信號由溫度傳感器輸出的阻值信號；壓カ信號由壓カ傳感器輸出的mV級的信號。(4)輸出信號輸出信號(三線制)直接將流量傳感器檢測的エ況脈沖信號放大輸出，傳輸距離彡50m,由外電源+24VDC供電工作；(4 20)mA標準模擬信號(4 20)mA標準模擬信號線性對應于(0 Qmax)m3/h標準體積流量，流量范圍由儀表參數設定，傳輸距離< 200m，接線方式為兩線制或三線制，由外電源+24V DC供電工作；標準流量信號以脈沖信號串方式輸出，周期分別為5ms、500ms,脈沖幅值約為3V,常態(tài)為低電平,傳輸距離< 50m,姆一個脈沖分別代表0. Im3Um3,適用與IC卡系統(tǒng)配套使用；RS485接ロ信號直接與上位機聯(lián)網，可遠傳被測介質的溫度、壓力、瞬時流量、標準體積總量等儀表有關參數、故障代碼、運行狀態(tài)及實時數據。與專用MODEM配套使用，可實現電話通訊，一臺專用MODEM可帶16臺流量計；實時數據庫為滿足數據管理的需要，儀表具有實時數據存儲功能，包括a)最近400次流量計的啟停時間和對應累積流量值；b)最近48個月內每個月的累積流量值；[0052]c)最近300次的狀態(tài)記錄數(包括時間、溫度、壓力、瞬時流量、累積流量值等)，間隔時間可設定為(Imin 999min)；以上存儲數據可利用筆記本電腦或臺式計算機通過RS485接ロ進行讀取，根據用戶需要形成數據表或曲線圖以供分析。 電話通訊網絡及通訊管理軟件流量計與專用MODEM配套，通過電話線路進行數據傳輸，可對網絡中的任何一臺流量計的歷史數據、故障狀態(tài)進行讀取并能遠程設置各種流量計有關參數，電話通訊管理軟件可根據用戶需要實現自動管理功能。
權利要求1.一種寬量程氣體流量計積算儀，包括微處理器、信號采集單元和顯示單元，其特征在于: 所述信號采集單元包括放大器和A/D轉換器，所述放大器的輸入端同時連接至安裝在氣體流量計上的溫度傳感器和壓カ傳感器，所述A/D轉換器位于放大器和所述微處理器之間； 所述顯示単元為通過液晶驅動電路連接至所述微處理器的液晶顯示屏； 所述信號采集單元還包括ー個直接連接至所述微處理器的選通電路，其輸入端為兩個，分別通過各自的前置放大器連接至安裝在氣體流量計上的流量傳感器和熱加速度傳感器； 還包括連接至所述微處理器的存儲器，用于存儲實時數據并進行永久保存。
2.按照權利要求I所述的寬量程氣體流量計積算儀，其特征在于所述微處理器為MCU。
3.按照權利要求I所述的寬量程氣體流量計積算儀，其特征在于所述存儲器為電可擦可編程只讀存儲器EEPROM。
4.按照權利要求I所述的寬量程氣體流量計積算儀，其特征在于還包括連接至所述微處理器的用戶接ロ単元，所述用戶接ロ単元包括可與用戶計算機或儀表連接的RS485通訊接ロ、D/A轉換器和脈沖放大器。
5.按照權利要求I所述的寬量程氣體流量計積算儀，其特征在于還包括連接至所述微處理器的輸入設置単元。
6.按照權利要求I至5任一項所述的寬量程氣體流量計積算儀，其特征在于還包括內置電源單元。
7.按照權利要求6所述的寬量程氣體流量計積算儀，其特征在于所述內置電源單元包括鋰離子電池。
專利摘要本實用新型屬于氣體流量計量技術領域，尤其涉及一種寬量程氣體流量計積算儀。包括微處理器、信號采集單元和顯示單元，所述信號采集單元包括放大器和A/D轉換器，所述放大器的輸入端同時連接至安裝在氣體流量計上的溫度傳感器和壓力傳感器，所述A/D轉換器位于放大器和所述微處理器之間；所述顯示單元為通過液晶驅動電路連接至所述微處理器的液晶顯示屏；所述信號采集單元還包括一個直接連接至所述微處理器的選通電路，其輸入端為兩個，分別通過各自的前置放大器連接至安裝在氣體流量計上的流量傳感器和熱加速度傳感器；還包括連接至所述微處理器的存儲器，用于存儲實時數據并進行永久保存。
文檔編號G01F1/66GK202533120SQ20122011511
公開日2012年11月14日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權日2012年3月23日
發(fā)明者郭慶博 申請人:天津市勝武儀表技術有限公司