气体流量检测装置的制作方法

本发明属于气体流量检测技术领域，具体来说涉及一种气体流量检测装置。

背景技术

气体流量是工业生产过程中的一项重要参数。准确的气体流量参数，在保证产品质量和提高生产效率方面起到举足轻重的作用。现有技术中，通常采用热式流量计在生产环境中对气体流量进行感应和检测。热式流量计的工作原理是采用取样和插入安装探头,通过探头测取管道中一点或多点的气流流速来进行流量的推算。这种测量方式存在的问题是：由于气体的体积是温度和压力的函数,受介质温度、压力的变化影响.而气体的质量不随时间、温度和压力变化而变化。故实践中测量结果会受到气体温度的影响而产生浮动，造成检测精度不高。此外，随着测量管径的增大,造成测量仪表的体积及质量会随测量管径呈几何级数增长,带来了压损大,运行费用高的问题。因此，如何开发出一种新型的气体流量计，能够有效消除气体温度对测量的影响，提高测量精度，降低测量系统成本，是本领域技术人员需要研究的方向。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种气体流量检测装置，能够有效消除气体温度对测量的影响，提高测量精度，降低测量系统成本，是本领域技术人员需要研究的方向。

一种气体流量检测系统，包括：传感探头，精密电阻r1，pnp三极管，调理电路和mcu单片机。所述传感探头设于待测管道的管径几何中心处、由铂电阻rh构成；所述铂电阻rh一端接地，另一端串联精密电阻r1后接入pnp三极管的集电极；所述精密电阻r1，调理电路和mcu单片机依序串联，接于pnp三极管的集电极和基极之间。所述pnp三级管的发射极连接12v交流电源。所述mcu单片机内集成adc模块和pwm模块。

优选的是，上述气体流量检测系统中：所述信号调理电路包括滤波电路和放大电路。

优选的是，上述气体流量检测系统中：所述铂电阻采用pt20。

优选的是，上述气体流量检测系统中：所述mcu单片机采用msp430单片机。

通过采用这种技术方案：以模块控制铂电阻上的电流实现铂电阻始终在恒温状态下进行工作。铂电阻两端的电压经过信号调理电路，单片机的adc模块采集调理后的电压。mcu单片机通过公式计算出此刻铂电阻的阻值，并与设定工作温度下的电阻比较。然后，根据比较的结果pwm模块产生一定占空比的脉冲信号，经过三极管的开关电路对铂电阻上的电流进行调整，从而使铂电阻阻值达到设定值，即铂电阻的工作温度恒定，adc模块采集此时铂电阻两端电压u2。接着控制铂电阻工作温度达到th1，并采集铂电阻的电压u1，根据预先写入mcu的计算公式计算出气体的流量。

本发明还提供了一种具体的气体流量检测电路：包括npn三极管，pnp三极管，传感探头，精密电阻r1、电阻r2、电阻r3，调理电路和adc模块；所述npn三极管的发射极接地、基极连接电阻r3接入矩形波、集电极串联电阻r2接入pnp三级管的基极；所述pnp三级管的发射极连接12v交流电源、集电极连接精密电阻r1所述精密电阻r1，调理电路，adc模块依序串联；所述传感探头由铂电阻rh构成；所述铂电阻rh一端接地，另一端串联精密电阻r1。

之所以采用这种技术方案：在于传统的采用单一三级管作为开关电路的测量电路中：需要在信号调理电路中加入差分运放电路，对铂电阻两端电压的进行差分运放，然后进过一系列的滤波接到msp430单片机的adc模块。差分运放电路增加了这个测量系统的元器件数目，对铂电阻两端的电压数据采集造成一定的影响。而用一个电阻与敏感元件串联，采用两个三极管作为开关电路，通过pwm来控制铂电阻上的加热电流，使得铂电阻工作在两个恒定温度下，减少了测量电路中的电器元件，从而降低了系统自身的测量误差。通过控制铂电阻工作在两个设定温度的方式，简化了切换开关的时间，有利于整个系统的响应。

与现有技术相比，本发明结构简单，易于制备。能够有效消除气体温度对测量的影响，提高测量精度，降低测量系统成本，是本领域技术人员需要研究的方向。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为实施例1的设计结构示意图；

图2为实施例1中采用的测量电路示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步描述。

如图1所示为本发明的实施例1：

一种气体流量检测系统，其包括：传感探头，精密电阻r1，pnp三极管，调理电路和mcu单片机。

所述传感探头设于待测管道的管径几何中心处、由铂电阻rh构成；所述mcu单片机内集成adc模块和pwm模块；所述铂电阻rh一端接地，另一端串联精密电阻r1后接入pnp三极管的集电极；所述pnp三级管的发射极连接12v交流电源；所述精密电阻r1，调理电路和mcu单片机依序串联，接于pnp三极管的集电极和基极之间。其中，所述信号调理电路包括滤波电路和放大电路。所述铂电阻采用pt20。所述mcu单片机采用msp430单片机。

实践中：传感探头以强迫对流方式为主要传热方式。根据传热学原理,提供给铂电阻的电功率等于流动的气体对流换热所带走的热量。即:

上式中：为强迫对流传热所产生的热量，h是表面传热系数,a是铂电阻rh的表面积，是铂电阻rh的温度，是铂电阻rh所测的气体温度。

根据努塞尔数与king公式，可得：

上式中：m、n均为常数，为气体的质量流量。

当单位时间内，铂电阻所产生的焦耳热与热耗散量达到热量平衡时有：

当铂电阻在工作温度th1下：

其中，u1为铂电阻在温度th1时两端电压。

当铂电阻在工作温度th2下：

其中u2为铂电阻在温度th2两端电压。

假设th1＞th2，则

由此，有效地消除了气体温度对流量的影响,控制铂电阻rh工作在温度th1和th2，通过adc模块采样得到u1和u2，计算出气体的质量流量。

如图2所示为本发明实施例1所采用的具体检测电路图：

在铂电阻两端电压的采集过程中，将测量电路的地线与单片机上的地线相连，铂电阻rh的电压经过滤波电路直接接到mcu单片机上的adc模块的采集端。有效地简化了整个系统的电路，同时改善测量数据的准确性。用一个电阻与敏感元件串联，相比于使用两个电阻和开关的控制电路，减少了测量电路中的电器元件，从而降低了系统自身的测量误差。通过控制铂电阻工作在两个设定温度的方式，简化了切换开关的时间，有利于整个系统的响应。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书的保护范围为准。