基于忆阻器的气体累积流量测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于忆阻器的气体累积流量测量系统，包括气体流速换能器、忆阻器模块、忆阻器电压取值放大模块和换能器阻值稳定模块；气体流速换能器依次与忆阻器模块、换能器阻值稳定模块组成回路，忆阻器电压取值放大模块与忆阻器模块相连接；忆阻器模块包括正向忆阻器组和负向忆阻器组，正向忆阻器组和负向忆阻器组串联连接，正向忆阻器组Mf包括n个忆阻器Mf1，n个忆阻器Mf1串联连接，负向忆阻器组Mr包括n个忆阻器Mr1，n个忆阻器Mr1串联连接，n为大于等于1的自然数。本发明专利技术不需要后期的运算电路或者处理器，实现了对气体累积流量的测量，适用于大气体累积流量、气体不稳定情况下长时间的持续测量，功耗低，测量范围大，结构简单。

【技术实现步骤摘要】
基于忆阻器的气体累积流量测量系统
本专利技术属于流体测量
，具体涉及一种基于忆阻器的气体累积流量测量系统。
技术介绍
气体累积流量测量系统是一种能够计量在一定时间段内流经管道某横截面积的气体体积的累积量的测量系统。目前根据测量原理与结构的不同，气体累积流量测量系统主要有：差压式、速度式和容积式。然而，现有的气体累积流量测量系统也存在着一些问题，一定程度上阻碍了累积流量测量精度其的提高和应用范围的扩大。目前所存在的主要问题有：第一，差压式和速度式累积流量测量系统得到的都是瞬时流量，然后还通过运算电路或者处理器完成从瞬时流量到累积流量的转换，但大部分情况下，气体流动很不稳定，通过测量瞬时流量来得到累积流量难免出现误差，因此，差压式和速度式测量方法很难适应流速不稳定情况、长时间持续的测量，测量范围小，而且结构复杂；第二，容积式流量测量系统虽能直接测量累积流量，但体积大、口径局限性大、且短时间内大气体累积流量的测量很难适应，不能得到大范围的应用。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种基于忆阻器的气体累积流量测量系统，解决现有气体累积流量测量系统必须附加运算电路或处理器、且测量范围小、无法对气体流速不稳定、大累积流量及长时间累积流量体积测量的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：一种基于忆阻器的气体累积流量测量系统，包括气体流速换能器、忆阻器模块、忆阻器电压取值放大模块和换能器阻值稳定模块；所述气体流速换能器依次与忆阻器模块、换能器阻值稳定模块组成回路，所述忆阻器电压取值放大模块与忆阻器模块相连接；所述忆阻器模块包括正向忆阻器组Mf和负向忆阻器组Mr，所述正向忆阻器组Mf和负向忆阻器组Mr串联连接，所述正向忆阻器组Mf包括n个忆阻器Mf1，所述n个忆阻器Mf1串联连接，所述负向忆阻器组Mr包括n个忆阻器Mr1，所述n个忆阻器Mr1串联连接，n为大于等于1的自然数。进一步地，所述气体流速换能器为热线电阻Rw，所述热线电阻Rw的一端与正向忆阻器组Mf串联连接，热线电阻Rw的另一端接地。进一步地，所述换能器阻值稳定模块包括运算放大器A1、运算放大器A2、可调电阻R1、可调电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、直流电压源U1、直流电压源U2、单刀双掷开关S；其中，所述运算放大器A1的输出端out1通过电阻R14与运算放大器A2的正向输入端A2+相连接，运算放大器A1的正向输入端A1+通过电阻R5接地，运算放大器A1的正向输入端A1+与电阻R5之间引出一点A，点A依次通过电阻R3、可调电阻R1与负向忆阻器组Mr串联连接，电阻R3与可调电阻R1之间引出一点B，点B通过可调电阻R2接地，运算放大器A1的负向输入端A1-通过电阻R6与运算放大器A1的输出端out1相连接，运算放大器A1的负向输入端A1-与电阻R6之间引出一点C，正向忆阻器组与热线电阻RW之间引出一点D，点C通过电阻R4与点D相连接；所述运算放大器A2的正向输入端A2+与电阻R14之间引出一点G，点G通过电阻R16接地，运算放大器A2的输出端out2与负向忆阻器组Mr相连接，运算放大器A2的输出端out2与负向忆阻器组Mr之间引出一点E，点E与通过电阻R17与运算放大器A2的负向输入端A2-相连接，电阻R17与运算放大器A2的负向输入端A2-之间引出一点F，点F通过电阻R15与单刀双掷开关S相连接；当单刀双掷开关S中的S1接通时，点F通过电阻R15与直流电压源U1相连接；当单刀双掷开关S中的S2接通时，点F通过电阻R15与直流电压源U2相连接。进一步地，所述正向忆阻器组Mf与负向忆阻器组Mr之间引出一点H，正向忆阻器组Mf与热线电阻Rw之间引出一点I，所述忆阻器电压取值放大模块包括第一输入端和第二输入端，所述第一输入端与点H相连接，第二输入端与点I相连接。进一步地，所述忆阻器电压取值放大模块包括运算放大器A3、运算放大器A4、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12和电阻R13；其中，运算放大器A3的正向输入端A3+通过R7与第一输入端相连接，运算放大器A3的负向输入端A3-通过R8与第二输入端相连接，运算放大器A3的正向输入端A3+与电阻R7之间引出一点J，点J通过电阻R10接地，运算放大器A3的负向输入端A3-与电阻R8之间引出一点K，点K通过电阻R9与运算放大器A3的输出端out3相连接；运算放大器A3的输出端out3通过电阻R11与运算放大器A4的正向输入端A4+相连接；所述运算放大器A4的正向输入端A4+与电阻R11之间引出一点L，点L通过电阻R18接地，运算放大器A4的负向输入端A4-通过电阻R12接地，运算放大器A4的负向输入端A4-与R12之间引出一点M，点M通过电阻R13与运算放大器A4的输出端out4相连接。本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：(1)本专利技术通过使用忆阻器的记忆效应来实现气体累积流量的测量。本专利技术根据热平衡原理，热线电流产生的热量应与气体流动带走的热量相等。流经热线电阻气体流速的变化，引起流过热线和忆阻器的电流的变化，从而热线电阻能将气体流速信息转换成电流信息，测量系统中的电流随着气体流速的变化而变化，另外基于忆阻器的记忆效应，忆阻器的阻值能反应流过自身的电流从过去到当前时刻的积分情况，将忆阻器应用到气体累积流量测量系统中，从而实现了对气体累积流量的测量，且能完成不稳定流速情况下长时间的持续测量；(2)本专利技术利用忆阻器的阻值变化实现了对气体累积流量的测量，不需要后期的运算电路或者处理器，忆阻器是一种无源器件，因此功耗低，且结构简单；(3)本专利技术中的忆阻器关态与开态电阻差值很大，而且增加忆阻器的数量，能使气体累积流量测量系统具有更大的测量范围和更高的灵敏度。附图说明图1为气体累积流量测量系统的系统框图；图2为气体流速换能器阻值稳定电路示意图；图3为忆阻器电压取值放大电路示意图；图4为气体累积流量测量系统的整体电路示意图；图5为气体累积流量与忆阻器Mf阻值的关系曲线；图6为气体累积流量与电压取值放大电路中放大器A3输出端out3输出电压的关系曲线；图7为气体累积流量与电压取值放大电路中放大器A4输出端out4输出电压的关系曲线。以下结合附图对本专利技术的具体内容作进一步详细解释说明。具体实施方式本专利技术根据热平衡原理，热线电流产生的热量应与气体流动带走的的热量相等，气体流速的变化，引起流过热线和忆阻器的电流的变化，忆阻器的阻值能反应流过自身电流的变化情况，因此可利用其阻值来表征气体流速在一段时间内的积分值，结合管道的横截面积，从而实现了对气体累积流量的测量。以下给出本专利技术的具体实施例，需要说明的是本专利技术并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本专利技术的保护范围。实施例1：本实施例提供了一种基于忆阻器的气体累积流量测量系统，如图1所示，包括气体流速换能器、忆阻器模块、忆阻器电压取值放大模块和换能器阻值稳定模块；所述气体流速换能器依次与忆阻器模块、换能器阻值稳定模块组成回路，所述忆阻器电压取值放大模块与忆阻器模块相连接；忆阻器模块包括正向忆阻器组Mf和负向忆阻器组Mr，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于忆阻器的气体累积流量测量系统，其特征在于，包括气体流速换能器、忆阻器模块、忆阻器电压取值放大模块和换能器阻值稳定模块；所述气体流速换能器依次与忆阻器模块、换能器阻值稳定模块组成回路，所述忆阻器电压取值放大模块与忆阻器模块相连接；所述忆阻器模块包括正向忆阻器组Mf和负向忆阻器组Mr，所述正向忆阻器组Mf和负向忆阻器组Mr串联连接，所述正向忆阻器组Mf包括n个忆阻器Mf1，所述n个忆阻器Mf1串联连接，所述负向忆阻器组Mr包括n个忆阻器Mr1，所述n个忆阻器Mr1串联连接，n为大于等于1的自然数。

【技术特征摘要】
1.一种基于忆阻器的气体累积流量测量系统，其特征在于，包括气体流速换能器、忆阻器模块、忆阻器电压取值放大模块和换能器阻值稳定模块；所述气体流速换能器依次与忆阻器模块、换能器阻值稳定模块组成回路，所述忆阻器电压取值放大模块与忆阻器模块相连接；所述忆阻器模块包括正向忆阻器组Mf和负向忆阻器组Mr，所述正向忆阻器组Mf和负向忆阻器组Mr串联连接，所述正向忆阻器组Mf包括n个忆阻器Mf1，所述n个忆阻器Mf1串联连接，所述负向忆阻器组Mr包括n个忆阻器Mr1，所述n个忆阻器Mr1串联连接，n为大于等于1的自然数。2.根据权利要求1所述的基于忆阻器的气体累积流量测量系统，其特征在于，所述气体流速换能器为热线电阻Rw，所述热线电阻Rw的一端与正向忆阻器组Mf串联连接，热线电阻Rw的另一端接地。3.根据权利要求2所述的基于忆阻器的气体累积流量测量系统，其特征在于，所述换能器阻值稳定模块包括运算放大器A1、运算放大器A2、可调电阻R1、可调电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、直流电压源U1、直流电压源U2、单刀双掷开关S；其中，所述运算放大器A1的输出端out1通过电阻R14与运算放大器A2的正向输入端A2+相连接，运算放大器A1的正向输入端A1+通过电阻R5接地，运算放大器A1的正向输入端A1+与电阻R5之间引出一点A，点A依次通过电阻R3、可调电阻R1与负向忆阻器组Mr串联连接，电阻R3与可调电阻R1之间引出一点B，点B通过可调电阻R2接地，运算放大器A1的负向输入端A1-通过电阻R6与运算放大器A1的输出端out1相连接，运算放大器A1的负向输入端A1-与电阻R6之间引出一点C，正向忆阻器组与热线电阻Rw之间引出一点D，点C通过电阻R4与点D相连接；所述运算放大器A2的正向输入端A2+与电阻R14之间引出一点G，点G通...

【专利技术属性】
技术研发人员：文常保，洪吉童，茹锋，胡馨月，全思，李演明，王飚，巨永锋，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61