一种高精度流量计及测量方法技术

本发明专利技术公开了一种高精度流量计及测量方法，所述流量计的测量电路主要包括单片机、压控功率单元、发热传感单元、信号放大单元、模拟/数字转换单元。通过测量同一发热传感单元，在两次不同功率下的输出信号，来检测流体质量流量，省略了流体温度测量，同时消除了信号放大单元温度漂移的影响，简化了生产过程，具有结构简单、成本低、精度高的特点。运用于极早期报警领域，大大提高了气流检测的可靠性。

High precision flow meter and measuring method

The invention discloses a high precision flowmeter and measuring method, measuring circuit of the flowmeter mainly includes microcontroller, voltage controlled power heating unit, a sensing unit, a signal amplifying unit, analog / digital conversion unit. By measuring the same heat sensing unit, the output signal in the two different power, to detect the fluid mass flow measurement, omitted the fluid temperature, while eliminating the influence of temperature drift of the signal amplifying unit, simplify the production process, has the characteristics of simple structure, low cost and high precision. The utility model is applied to the early warning field, greatly improving the reliability of airflow detection.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及流体流量测量领域，尤其是一种高精度的热耗散式流量计及测量方法。特别适合于极早期火灾报警中的气流检测。
技术介绍
目前，基于金氏定律（King’sLaw）热耗散式流量测量原理有两种方法：1、功率测量法保持发热体与流体温度差不变，通过测量加在发热体上的功率，来测量流量。2、温差测量法保持加在发热体上的功率不变，通过测量发热体与流体温度差，来测量流量。以上两种方法均需测量发热体、流体之间温度差，以消除流体温度波动的影响。由于两个温度传感器的线性度、安装位置、引线长短都不一样，在流体温度变化较大的情况下，发热体与流体之间的温差会有一个波动范围，导致一定的测量误差。以美国专利号为4781065的专利技术为例，该专利技术采用两只稳压二极管作为传感器来测量发热体与流体温度之间的差值，由于不同稳压二极管之间的温度系数不一样，误差会在20%以内；虽然在生产过程中，对两只稳压二极管进行了匹配筛选，但依然受流体温度波动影响，无法实现高精度测量。而在极早期火灾探测领域，需要测量多达25个区域的采样空气，每个区域一个采样孔；原则上，如果有一个孔被灰尘堵塞，气流检测模块应该能有效探测，才能防止火警漏报，但由于受气流温度以及管路流阻影响，探测相对精度只能达到20%—30%，我国国家标准GB15631-2008规定是50%，上述专利技术具有结构简单、成本低的优点，测量结果也能达到国标要求，但仍不能满足实际探测需要。有的技术方案采用单片机(微处理器)对两个温度传感器进行采样处理，并校准，减少了误差，提高了测量精度；如国内申请号为200710304552.1的专利技术，公开了一种热耗散式质量流量计及质量流量测量方法，采用单片机对温度进行查表计算；美国专利号为US7162374B2的专利技术，公开了一种测量流体的设备及方法，也是采用微处理器测量并计算温度。上述两个专利技术由于要准确测量温度值，实际生产过程中，需要校准，增加了生产成本。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种高精度流量计及测量方法，来解决上述问题。它不需要测量流体温度，具有结构简单，生产容易，成本低的特点。本专利技术的技术方案如下。一种高精度流量计，包括管道、测量电路，其特征在于：测量电路主要包括单片机、压控功率单元、发热传感单元、信号放大单元、模拟/数字转换单元；单片机与压控功率单元连接，压控功率单元与发热传感单元连接，发热传感单元与信号放大单元连接，信号放大单元与模拟/数字转换单元连接，模拟/数字转换单元与单片机连接。上述发热传感单元受热后，输出与温度相关的电参数，如输出电压，可以是稳压二极管，如输出电阻，可以是铂电阻。上述发热传感单元安装在管道中，待测流体流经管道。上述模拟/数字转换单元可以集成在单片机中。上述信号放大单元包括信号放大器、参考电压调整模块，参考电压调整模块与单片机连接，与信号放大器连接。上述参考电压调整模块可以是数字/模拟转换器，该数字/模拟转换器可以集成在单片机中。一种流量测量方法：单片机发出一控制信号，控制压控功率单元，使其输出功率P1加在发热传感单元，电流为I1、电压为V1，经信号放大单元放大后输入模拟/数字转换单元，经过一段时间，发热传感单元与流体形成热平衡，单片机读取模拟/数字转换单元的转换结果；单片机依上述过程发出另一控制信号，加在发热传感单元的功率为P2，电流为I2、电压为V2，单片机读取转换结果，单片机通过I2、V2、I1、V1计算出流体流量。下面推导本专利技术用到的流量计量公式。根据金氏定律，两次测量流体带走功率差为△H=（A+B×G1/n）×△T;两次测量加在发热体上的功率差△PD=P2-P1=I2×V2-I1×V1；达到热平衡时，△PD=△H；于是得出质量流量公式：[公式1]G=（△PD/（△T×B）-A/B）n，其中n与雷诺系数有关，一般为2；A、B与发热传感单元的几何形状、被测流体物理参数有关。1、发热传感单元为稳压二极管时，其温度系数为Kz。令：△V=V2-V1，于是两次测量的发热传感单元的温度差△T=KZ×△V；根据[公式1]得出发热传感单元为稳压二极管的流量计量公式：[公式2]G=（k×△PV-b）n，其中k=1/（Kz×B），b=A/B，△PV=△PD/△V。2、发热单元为铂电阻时，其温度系数为KR，△T=KR×△R，△R=V2/I2-V1/I1；根据[公式1]得出：[公式3]G=（k×△PV-b）n，其中k=1/（KR×B），b=A/B。△PV=△PD/△R。从[公式2]、[公式3]中可以看出，KZ、KR、A、B是常数，测出△PV，就能测出质量流量G。上述公式的推导，忽略了两次测量之间流体温度变化的影响，实际上在极早期火灾预警产品使用中，由于是多个区域测量，加上气流管路较长，气流温度变化是非常缓慢的，在国标GB15631-2008温度测试中，气流温度变化为0.5℃/分钟，因此只要控制I2、I1的值，使△T远远大于两次测量之间气流温度变化，利用[公式2]或[公式3]就能精确检测质量流量。在极早期火灾预警领域，根据现场安装使用情况，特别采样气流开孔数目，来检测气流，需要现场标定，标定时的气流质量流量为GR，正常检测时的气流质量流量为G，一般用百分比P来检测采样气流是否正常，P=G/GR×100%。下面推导气流百分比检测公式。抽气泵停转时，管道内气流G=0，测出△PV值，记为△PV0，根据[公式2]或[公式3]得出：[公式4]k=b/△PV0。气流标定时，测出△PV值，记为△PVR，根据[公式2]或[公式3]得出：[公式5]GR=（k×△PVR-b）n。气流正常检测时，测出△PV值，记为△PVN，根据[公式1]或[公式3]得出：[公式6]G=（k×△PVN-b）n。根据[公式4]、[公式5]、[公式6]得出：[公式7]P=G/GR×100%=((△PVN-△PV0)/（△PVR-△PV0））n×100%。从[公式7]中可以看出，在极早期火灾预警领域的运用中，气流百分比与KR、KZ、A、B无关，所以只要安装现场标定即可，标定过程完全可以由单片机控制自动完成，无需生产校准就可以获得高精度。由于极早期火灾预警领域中的气流检测，其目的是监测气流是否正常，当发生气流故障时，其状态是稳定的，为了获得更高精度，可以对多次测量结果进行比较，当多次结果变化不大时，再确定是否发出气流故障报警，以消除流体温度变化对测量结果的影响。本专利技术通过测量同一发热传感单元，在两次不同功率下的输出信号，来检测流体质量流量，省略了流体温度测量，同时消除了信号放大单元温度漂移的影响，简化了生产过程，具有结构简单、成本低、精度高的特点。运用于极早期报警领域，大大提高了气流检测的可靠性。附图说明图1是本专利技术的技术方案结构图。图2、图3是本专利技术的一个实施例。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度流量计，包括管道、测量电路，其特征在于：测量电路主要包括单片机、压控功率单元、发热传感单元、信号放大单元、模拟/数字转换单元；单片机与压控功率单元连接，压控功率单元与发热传感单元连接，发热传感单元与信号放大单元连接，信号放大单元与模拟/数字转换单元连接，模拟/数字转换单元与单片机连接。

【技术特征摘要】
1.一种高精度流量计，包括管道、测量电路，其特征在于：测量电路主要包括单片机、压控功率单元、发热传感单元、信号放大单元、模拟/数字转换单元；单片机与压控功率单元连接，压控功率单元与发热传感单元连接，发热传感单元与信号放大单元连接，信号放大单元与模拟/数字转换单元连接，模拟/数字转换单元与单片机连接。
2.如权利要求1所述的高精度流量计，其特征在于：发热传感单元受热后，输出与温度相关的电参数，如输出电压，可以是稳压二极管，如输出电阻，可以是铂电阻。
3.如权利要求1所述的高精度流量计，其特征在于：发热传感单元安装在管道中，待测流体流经管道。
4.如权利要求1所述的高精度流量计，其特征在于：模拟/数字转换单元可以集成在单片机中。
5.如权利要求1所述的高精度流量计，其特征在于：信号放大单元包括信号放大器、参考电压调整模块，参考电压调整模块与单片机连接，与信号放大...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐志明，
申请(专利权)人：乐志明，
类型：发明
国别省市：云南;53