一种基于PWM控制法利用气体微压差控制脉动小流量精度的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及差压流量测试领域，公开了一种基于PWM控制法利用气体微压差控制脉动小流量精度的系统，包括微压传感器，所述传感器内设有传感器主腔体、传感器第一腔体和传感器第二腔体，所述传感器第二腔体、传感器主腔体均与传感器连接，所述传感器主腔体与精密微压差计连接，所述精密微压差计还与传感器第一腔体和传感器第二腔体连接，所述传感器第二腔体与偏心转子抽气泵连接，所述偏心转子抽气泵通过D/A转换器与单片机连接，所述单片机具有PWM控制功能，所述单片机还与精密微压差计和PC机连接。本发明专利技术可以得到PWM控制的标定流量在精度要求范围之内，精度能控制在小于2％以内。

A system and method based on PWM control method to control the accuracy of small pulsating flow by gas micro-pressure difference

The invention relates to the field of differential pressure flow measurement, and discloses a system based on PWM control method to control the accuracy of pulsating small flow by gas micro-pressure difference, including a micro-pressure sensor. The sensor has a sensor main chamber, a sensor first chamber and a sensor second chamber. The sensor second chamber and the sensor main chamber are connected with the sensor, and the sensor main chamber is connected with the sensor. The precise micro-differential pressure meter is connected with the first cavity of the sensor and the second cavity of the sensor. The second cavity of the sensor is connected with the eccentric rotor pump. The eccentric rotor pump is connected with the single-chip computer through a D/A converter. The single-chip computer has a PWM control function. The single-chip computer is also connected with the precise micro-differential pressure meter and the PC. The method can obtain that the calibration flow controlled by PWM is within the accuracy requirement range and the accuracy can be controlled within 2%.

【技术实现步骤摘要】
一种基于PWM控制法利用气体微压差控制脉动小流量精度的系统和方法
本专利技术涉及差压流量测试领域，更具体地说，特别涉及一种基于PWM控制法利用气体微压差控制脉动小流量精度的系统和方法。
技术介绍
压差流量计是采用介质流体流经节流装置时产生的压力差与流量之间存在一定关系的工作原理进行测定的，压差流量计种类很多，技术也非常成熟。压差流量计包括：孔板流量计、喷嘴流量计、文丘里流量计、节流流量计等等。市场上现有的压差流量计优点：结构简单，无可动部件；可靠性较高；复现性能好；适应性较广，它适用于各种工况下的单相流体，适用的管道直径范围宽，可以配用通用差压计；装置已标准化。缺点是安装要求严格；流量计前后要求较长直管段，所以体积较大；测量范围窄，一般范围度为3:1；压力损失较大；对于较小直径的管道测量比较困难；精确度不够高(±1％～±2％)；不适合测量小微流量及脉动气流。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于PWM控制法利用气体微压差控制脉动小流量精度的系统和方法，本方案不用考虑流量计的结构与大小，只要考虑取到充分的压差值的结构即可，也能用PWM算法滤除脉动流量的波动控制流量精度到±2％以内，还可以自由设定标定流量。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于PWM控制法利用气体微压差控制脉动小流量精度的系统，包括微压传感器，所述传感器内设有传感器主腔体、传感器第一腔体和传感器第二腔体，所述传感器第二腔体、传感器主腔体均与传感器连接，所述传感器主腔体与精密微压差计连接，所述精密微压差计还与传感器第一腔体和传感器第二腔体连接，所述传感器第二腔体与偏心转子抽气泵连接，所述偏心转子抽气泵通过D/A转换器与单片机连接，所述单片机具有PWM控制功能，所述单片机还与精密微压差计和PC机连接。进一步地，所述单片机通过PWM功能控制微压差流量。进一步地，该方法包括以下步骤：S1、开始测量；S2、读取标定的中心压差值A；S3、读取设定的上下压差偏差值表压值B；S4、读取微压差传感器的测量值Ci；S5、计算出采样Ci加权移动平均C；S6、当C值在A±B范围内，重复步骤S2；否则根据压差与流量关系控制算法输出PWM控制泵电压给D/A转换器；S7、未确定结束测量，重复步骤S2；确定结束测量，停止测量。进一步地，所述控制算法包括标准节流的计算公式、理想气体的状态方程和PWM控制输出电压的占空比与差压值关系式，所述控制算法用于标定流量，所述控制算法用于控制流量精度在2％以内。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本方案不用考虑流量计的结构与大小，只要考虑取到充分的压差值的结构即可，也能用PWM算法滤除脉动流量的波动控制流量精度到±2％以内，还可以自由设定标定流量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术基于PWM控制法的微压差小流量精度控制示意图；图2是本专利技术利用单片机PWM功能控制微压差流量控制流程图；图3是本专利技术内置泵流量的示意图；图4是本专利技术利用公式3得到流量与精度曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的优选实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。请参阅图1-图3所示，本专利技术提供一种基于PWM控制法利用气体微压差控制脉动小流量精度的系统，包括微压传感器，所述传感器内设有传感器主腔体、传感器第一腔体和传感器第二腔体，所述传感器第二腔体、传感器主腔体均与传感器连接，所述传感器主腔体与精密微压差计连接，所述精密微压差计还与传感器第一腔体和传感器第二腔体连接，所述传感器第二腔体与偏心转子抽气泵连接，所述偏心转子抽气泵通过D/A转换器与单片机连接，所述单片机具有PWM控制功能，所述单片机还与精密微压差计和PC机连接。所述单片机通过PWM功能控制微压差流量；该方法包括以下步骤：S1、开始测量；S2、读取标定的中心压差值A；S3、读取设定的上下压差偏差值表压值B；S4、读取微压差传感器的测量值Ci；S5、计算出采样Ci加权移动平均C；S6、当C值在A±B范围内，重复步骤S2；否则根据压差与流量关系控制算法输出PWM控制泵电压给D/A转换器；S7、未确定结束测量，重复步骤S2；确定结束测量，停止测量。所述控制算法包括标准节流的计算公式、理想气体的状态方程和PWM控制输出电压的占空比与差压值关系式，所述控制算法用于标定流量，所述控制算法用于控制流量精度在2％以内。公式1为标准节流装置的国际计量组织认可的计算公式。公式1中：qV-为体积流量(m3/s)；C-流出系数(无量纲)；β-节流孔径与管内径比(无量纲)；ε-可压缩系数(无量纲)；d-节流孔径(m)；△p-压差值(Pa)；ρ-气体密度(kg/m3)公式2为理想气体的状态方程(盖·吕萨克定律)，公式2中：T0-绝对稳定273.15；ρo-1.29(kg/m3)(0℃1atm下的空气密度)；△T-实际摄氏温度。在室温25℃下，公式(2)代入公式(1)，然后公式(1)的其他参数根据实际结构可以简化为公式(3)的形式。由公式(3)可知流量实际和压差的平方根成正比。首先一款产品的标定流量为0.1CFM＝2.83(L/min)，为满足这个流量下的压差不太高，流量测定零部件的体积不能太大，设计的节流孔的孔径小于2mm，长度小于20mm，这样流过孔径里的流速小于50m/s。公式1中，C为流出系数，短孔的流出系数(Re>2000)一般设置为0.8；ε为可压缩系数：节流孔的流速小于50m/s或Ma(马赫数)小于0.2时，空气可以看成不可压缩气体(压力密度误差通常小于1％可忽略)，因此ε可以设置为1；β节流孔径与管内径比：远小于1可以忽略。这样得到公式(3)；利用公式(3)可以仿真出差压值和流量的变化关系如图4所示。从图4看出要得到标定的0.1CFM(2.83L/min)的流量，中心差压值在510Pa左右。如图1所示，实际测量流量中，抽取空气的动力源是偏心转子抽气泵；泵的转速在5000-45000(rpm)，造成空气流量的脉动在80Hz-750Hz之间；这样图1所示的精密微压差计实际测出的压差值也是变动的；不进行滤波和测出的流量也是忽高忽低，控制流量精度在10％以下。通过实验得到：控制泵转速的电压输出占空比与差压计输出值之间有下面的关系(PWM控制输出电压的占空比与差压值关系式)。式中a为迟滞系数(输出电压到电机转速升高反馈到压差有迟滞时间)，Vi为每次输出的电压，ti为每次输出电压的时间，Vi设定成固定值，公式4可以表达为下面的公式。Δp＝a·f(t)(5)式中t为单片机输出的占空比，带入到公式3里得到下面的式。用上述公式6进行PWM控制，流量控制在±2％之内。第一实施例：利用下面图所示的装置在0-5L/min范围内可以自由设置标定流量。产品内置泵粒子传感器的需要的流量是0.1CFM＝2.83L/min，用独自开发的PC软件可以设定2.83L/min时的中心压差值在510Pa左右。标定中心值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于PWM控制法利用气体微压差控制脉动小流量精度的系统，其特征在于：包括微压传感器，所述传感器内设有传感器主腔体、传感器第一腔体和传感器第二腔体，所述传感器第二腔体、传感器主腔体均与传感器连接，所述传感器主腔体与精密微压差计连接，所述精密微压差计还与传感器第一腔体和传感器第二腔体连接，所述传感器第二腔体与偏心转子抽气泵连接，所述偏心转子抽气泵通过D/A转换器与单片机连接，所述单片机具有PWM控制功能，所述单片机还与精密微压差计和PC机连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于PWM控制法利用气体微压差控制脉动小流量精度的系统，其特征在于：包括微压传感器，所述传感器内设有传感器主腔体、传感器第一腔体和传感器第二腔体，所述传感器第二腔体、传感器主腔体均与传感器连接，所述传感器主腔体与精密微压差计连接，所述精密微压差计还与传感器第一腔体和传感器第二腔体连接，所述传感器第二腔体与偏心转子抽气泵连接，所述偏心转子抽气泵通过D/A转换器与单片机连接，所述单片机具有PWM控制功能，所述单片机还与精密微压差计和PC机连接。2.根据权利要求1所述的基于PWM控制法使用精密微差压计控制小流量精度的系统，其特征在于：所述单片机通过PWM功能控制微压差流量。3.一种基于PWM控制法使用精密微差压计控制小...

【专利技术属性】
技术研发人员：李友赫，
申请(专利权)人：沈阳阿尔特科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21