一种恒功率热式气体质量流量计的制作方法

文档序号:24024250发布日期:2021-02-23 12:43
一种恒功率热式气体质量流量计的制作方法

本发明涉及计量测量领域,具体涉及一种恒功率热式气体质量流量计。



背景技术:

目前工业气体测量一般采用差压、涡轮、容积式流量计,这些测量原理的气体流量计有一定不足:第一,差压和容积式流量计压损较大。第二,测量范围较小;第三,精度较差。

恒功率热式气体质量流量计具有压损小、测量范围宽、可直接测量质量流量等优点,在气体测量领域得到越来越广泛关注和应用。

恒功率热式气体质量流量计分为恒温差和恒功率两种测量原理,本质上讲两种测量原理都是基于金氏定律,金氏定律典型模型如图1所示。

其中,K1,K2,K3为设计和校准参数,ΔT为温差,其值等于(T2-T1),T1为测温热电阻,T2为测速热电阻,P为输入加热功率,qm为质量流量。

在上式中,如果输入加热功率P保持恒定,两探头温差与质量流量qm均会发生变化,通过测量ΔT进而可计算出质量流量。

传统的恒功率加热一般需要额外的加热丝为测速热电阻提供恒定的加热功率,两个热电阻均用相同电流的恒流源驱动。



技术实现要素:

鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种恒功率热式气体质量流量计,用于解决现有技术中的至少一个缺陷。

为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种恒功率热式气体质量流量计,包括速度测量单元和温度测量单元,根据所述速度测量单元与所述温度测量单元的电压差值,得到质量流量,所述流量计包括恒功率电路;所述速度测量单元由所述恒功率电路提供恒定的加热功率,所述温度测量单元通过外接电源加热。

可选地,所述恒功率电路包括:

电流检测单元,用于检测所述速度测量单元的电流值;

电压检测单元,用于检测所述速度测量单元的电压值;

乘法单元,用于根据所述速度测量单元的电流值与电压值得到实际功率值;

功率调整单元,用于根据所述实际功率值与功率设定值为速度测量单元提供恒定的加热功率。

可选地,所述功率调整单元包括:

运算放大器和三极管,所述运算放大器根据实际功率值和功率设定值对所述三极管进行调节,以输出恒定功率。

可选地,所述电流检测单元包括电流检测元件和增益放大器;

所述增益放大器用于放大所述电流检测元件的电压,使所述增益放大器的输出值的大小与所述速度测量单元的电流值的大小保持一致。

可选地,所述电流检测元件为电阻,其阻值为0.1欧姆,所述增益放大器的增益为10。

可选地,所述电压检测单元包括第一差分放大器,并联于所述速度测量单元的两端。

可选地,所述第一差分放大器的增益为1。

可选地,所述速度测量单元与所述温度测量单元均为电致发热元件。

可选地,所述电致发热元件为铂电阻。

可选地,所述速度测量单元与所述温度测量单元的电压值经第二差分放大器放大后,再经去线性化电路,得到质量流量。

如上所述,本发明的一种恒功率热式气体质量流量计,具有以下有益效果:

本发明采用恒功率电路实现恒功率测量,同时不需要单独的加热丝,测速电阻即是加热元件,减少电路的复杂度,节约了成本。

附图说明

图1为金氏定律典型模型;

图2为本发明一实施例一种恒功率热式气体质量流量计的原理图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。

如图2所示,本发明提供一种恒功率热式气体质量流量计,包括速度测量单元和温度测量单元,根据所述速度测量单元与所述温度测量单元的电压差值,得到质量流量,所述流量计包括恒功率电路;所述速度测量单元由所述恒功率电路提供恒定的加热功率,所述温度测量单元通过外接电源加热。

在本实施例中,流量计中包括速度测量单元和温度测量单元,两个测量单元可以用电阻。其中一个为用于测量被测流体温度的测温电阻RT1,另一个为用于测量被测流体速度的测速电阻RT2。其中,测温电阻RT1和测速电阻RT2均可以是电致发热元件,具体可以采用铂电阻,通过恒功率电路提供一个恒定的功率对测速铂电阻加热,流体在静止时测速电阻RT2和测温电阻RT1表面温度差△T=TRT2-TRT1最大,随着介质的流动,两个铂电阻表面温度差减小,流体的流量越大,两只铂电阻的温差越小。铂电阻的温度不同使铂电阻的电阻呈现不同阻值,通过检测测速电阻RT2和测温电阻RT1的电压差来反应流体流量。

在一实施例中,所述恒功率电路包括:

电流检测单元,用于检测所述速度测量单元的电流值;

电压检测单元,用于检测所述速度测量单元的电压值;

乘法单元,用于根据所述速度测量单元的电流值与电压值得到实际功率值;

功率调整单元,用于根据所述实际功率值与功率设定值为速度测量单元提供恒定的加热功率。

如图2所示,所述功率调整单元包括:

运算放大器和三极管,所述运算放大器根据实际功率值和功率设定值对所述三极管进行调节,以输出恒定功率。

如图2所示,所述电流检测单元包括电流检测元件和增益放大器;

所述增益放大器用于放大所述电流检测元件的电压,使所述增益放大器的输出值的大小与所述速度测量单元的电流值的大小保持一致。其中,所述电流检测元件为电阻,其阻值为0.1欧姆,所述增益放大器的增益为10。

如图2所示,所述电压检测单元包括第一差分放大器,并联于所述速度测量单元的两端。其中,所述第一差分放大器的增益为1。

在一实施例中,所述速度测量单元与所述温度测量单元均为电致发热元件。其中,所述电致发热元件为铂电阻。

在一实施例中,所述速度测量单元与所述温度测量单元的电压值经第二差分放大器放大后,再经去线性化电路,得到质量流量。

如图2所示,RT1和RT2分别是测温和测速电阻,在本发明中,测速电阻RT2也是恒功率原理的加热元件,为保证测速电阻上的加热功率恒定,采用了如图2所示的恒功率电路。

测速电阻RT2的功率P=I0*I0*RT2=I0*U。

I0为RT2流过电流,U为RT2两端电压,RT2一般选50欧姆左右;R3为电流检测元件,阻值0.1欧姆,两端电压为0.1*I0,经过10倍增益放大后电压为0.1*I0*10=I0;同时测速电阻RT2电压经过增益为1差分放大后输出电压U,该电压U与电流I0通过乘法器相乘输出功率信号,通过运算放大器和三极管Q1形成负反馈稳定后,输出与功率设定值相符的恒定功率在测速电阻RT2上;随着流速不同测速电阻RT2和测温电阻RT1电压差值也不同,经过差分放大器后去线性化电路运算进而得到质量流量。

其中,运算放大器和三极管Q1的调整过程为:当乘法器输出的功率值发生变化时,它与功率设定值的差值被运放放大,以控制调整三极管Q1的基极电流,改变发射极与集电极间电压降,从而使输出功率保持稳定。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

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