一种基于改进温度补偿方法的气体质量流量测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于改进温度补偿方法的气体质量流量测量装置，包括结构部分和电路部分，所述结构部分包括圆形的气体通道，气体通道上还安装有温度探头和流速探头，电路部分包括流量测量电路、系统电源电路、单片机电路、A/D转换电路以及流量显示电路。本实用新型专利技术在传统传感器结构基础上，提出一种在管道中加入环形分布器的传感器优化结构，在管道中加入环形分布器，由仿真结果可以看出其对管道中的流体具有良好的整流效果。利用FLUENT进行流体仿真，分析其可行性；通过对优化模型进行不同雷诺数下的流体仿真分析，验证了推导出的质量流量的数学模型且可以得出在低流速时有较高的灵敏度和精度。为流量计的研制节省了大量时间。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进温度补偿方法的气体质量流量测量装置
本技术涉及一种测量装置，具体是一种基于改进温度补偿方法的气体质量流量测量装置。
技术介绍
目前，热式气体质量流量计直接测量气体的质量流量，是气体流量测量(尤其是天然气、煤气等混合气体)中较适合的一种流量计量手段，具有可以测量微小流量、稳定性高、可靠性好、压力损失小、高量程比、安装方便、重复性好、成本合理等特点。热式气体质量流量计原理简单，但技术实现难度大，设计材料、流体力学、电子、控制、计算机等多学科领域；其结构简单，特别在汽车电子、半导体技术、能源与环保等领域应用广泛。近年来，随着科学技术的发展与进步，热式气体质量流量计的发展非常迅速，相继出现了一些新的热点，如硅微机械热式气体质量流量计，具有测量范围广、响应快、高灵敏度、低功耗等优异性能，而且不需要压力、温度补偿，可直接测量多种气体的质量流量。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于改进温度补偿方法的气体质量流量测量装置，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种基于改进温度补偿方法的气体质量流量测量装置，包括结构部分和电路部分，所述结构部分包括圆形的气体通道，气体通道上还安装有温度探头和流速探头，电路部分包括流量测量电路、系统电源电路、单片机电路、A/D转换电路以及流量显示电路。作为本技术的进一步技术方案：所述流量测量电路连接A/D转换电路，A/D转换电路还连接单片机电路，单片机电路还分别连接系统电源电路和流量显示电路。作为本技术的进一步技术方案：所述流量测量电路包括反馈放大器G、电阻R1、电阻R2、电阻RL、电阻Ra和电阻Rb，电阻R1的一端连接衰减器KM1和反馈放大器G的输出端，电阻R1的另一端内连接电阻RL和衰减器KM2和电阻RL，电阻RL的另一端通过电阻Ra接地，衰减器KM1的输出端连接电阻R2，电阻R2的另一端连接电阻R3和反馈放大器G的一个输入端，反馈放大器G的另一个输入端连接衰减器KM1的输出端，电阻R3的另一端通过电阻Rb接地。作为本技术的进一步技术方案：所述单片机电路选用AT89系列单片机。作为本技术的进一步技术方案：所述A/D转换电路选用AD7810芯片。与现有技术相比，本技术的有益效果是：1.以热式气体质量流量测量方法为基础，提出了一种具有自动温度补偿功能、以及混合气体组分补偿功能的小流量热式气体流量测量方法，在0m/s～3m/s范围内，测量精度很高；2.在传统传感器结构基础上，提出一种在管道中加入环形分布器的传感器优化结构，在管道中加入环形分布器，由仿真结果可以看出其对管道中的流体具有良好的整流效果。利用FLUENT进行流体仿真，分析其可行性；通过对优化模型进行不同雷诺数下的流体仿真分析，验证了推导出的质量流量的数学模型且可以得出在低流速时有较高的灵敏度和精度。为流量计的研制节省了大量时间，也具有一定的创新性。附图说明图1为热式气体质量流量计组成结构示意图；图2为系统总体框图；图3为自动温度补偿的电桥配置电路；图4为自动温度补偿电路图；图5为环形分布器的侧面示意图；图6为流速与温差关系图。图中：1-气体通道、2-温度探头、3-流速探头。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。请参阅图1-6，一种基于改进温度补偿方法的气体质量流量测量装置，包括结构部分和电路部分，所述结构部分包括圆形的气体通道1，气体通道1上还安装有温度探头2和流速探头3，电路部分包括流量测量电路、系统电源电路、单片机电路、A/D转换电路以及流量显示电路。流量测量电路连接A/D转换电路，A/D转换电路还连接单片机电路，单片机电路还分别连接系统电源电路和流量显示电路。流量测量电路包括反馈放大器G、电阻R1、电阻R2、电阻RL、电阻Ra和电阻Rb，电阻R1的一端连接衰减器KM1和反馈放大器G的输出端，电阻R1的另一端内连接电阻RL和衰减器KM2和电阻RL，电阻RL的另一端通过电阻Ra接地，衰减器KM1的输出端连接电阻R2，电阻R2的另一端连接电阻R3和反馈放大器G的一个输入端，反馈放大器G的另一个输入端连接衰减器KM1的输出端，电阻R3的另一端通过电阻Rb接地。单片机电路选用AT89系列单片机。A/D转换电路选用AD7810芯片。本技术的工作原理是：热式气体质量流量计通过传感探头与被测流体的对流进行热传递，是一种坚固型的热式气体质量流量计，采用坚固的传感器结构，适合用于工业现场。流量计由传感探头和电子部件组成。传感器由温度和流速两个探头组成，均采用金属材质，其结构示意如图1所示。在理想条件下，设该装置为封闭热学系统，当对流速探头进行加热时，根据热量传递关系，该系统的热平衡方程如下：H＝Qd+Qc+Qf(1)式中H为电流加热所产生的热量。大多数的应用条件下，被加热后的待测气体与流速探头的温差一般不大于300℃，这使得辐射传递的热量Qf对整体热量造成的影响并不明显，计算时可忽略。出于测量精度的考虑，在传感器制作过程中会考虑热量的传导，将Qc减到最小；因此，在计算过程中，可以取H＝Qd。探头使用外部电源进行加热，所以加热产生的热量可用加热电阻的阻值和流过加热电阻的电流表示，即H＝Ia2Ra。根据牛顿冷却公式可知：H＝Ia2Ra＝hA0ΔT＝hπld(Ta-Tb)(2)式中：h为对流换热系数；A0为探头的表面积，一般情况下探头为圆柱体，所以A0＝πld；d为流速探头的直径；l为流速探头的长度；Ta为流速探头加热后的温度；Tb为被测气体的温度。经过上述分析，探头的温度平衡关系主要取决于对流换热系数h。通过传热学的基本原理，引入下面三个无量纲参数：Nusselt(努塞尔数)：Prandtl(普朗特数)：Reynolds(雷诺数)：则系数h与其他参数之间的关系如下：Nu＝f(Re,Pr)或Nu＝C·(Re)m·(Pr)n(3)式中：λf为导热系数；μ为动力粘度；cp为固定压强下待测气体的比热容；ρ为待测气体的密度；u为待测气体的流速。根据公式(2)、(3)有：Ia2Ra＝πlλf(Ta-Tb)f(Re,Pr)(4)式(4)反映了流速探头的加热功率和热量参数之间的物理关系，并没有给出具体的函数关系，在实际使用中很不方便。要确定气体流速和热量之间的具体函数关系，关键是要确定Nu＝f(Re,Pr)的具体表达式。在King(1914)的理论推导和实验研究基础上，对流换热方程一般表示成[55]：式中：Ak、Bk是每种气体的实验修正系数。公式(5)为最经典且常用的对流换热公式。在此公式基础上，科学家们进行了更深层次的研究，相继给出了其他一些对流换热公式，并得到了广泛的应用。其中，Kramers提出的对流换热方程换热如下：Nu＝0.42Pr0.2+0.57Pr0.33Re0.5(6)其中，将“膜温度”Tf＝(Ta-Tb)/2，作为气体物理参数(μ、ρ、λf)选取的参考温度。将式(6)代入式(4)，则可以得出：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进温度补偿方法的气体质量流量测量装置，包括结构部分和电路部分，其特征在于，所述结构部分包括圆形的气体通道，气体通道上还安装有温度探头和流速探头，电路部分包括流量测量电路、系统电源电路、单片机电路、A/D转换电路以及流量显示电路。

【技术特征摘要】
1.一种基于改进温度补偿方法的气体质量流量测量装置，包括结构部分和电路部分，其特征在于，所述结构部分包括圆形的气体通道，气体通道上还安装有温度探头和流速探头，电路部分包括流量测量电路、系统电源电路、单片机电路、A/D转换电路以及流量显示电路。2.根据权利要求1所述的一种基于改进温度补偿方法的气体质量流量测量装置，其特征在于，所述流量测量电路连接A/D转换电路，A/D转换电路还连接单片机电路，单片机电路还分别连接系统电源电路和流量显示电路。3.根据权利要求1所述的一种基于改进温度补偿方法的气体质量流量测量装置，其特征在于，所述流量测量电路包括反馈放大器G、电阻R1、电阻R2、电阻RL、电...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩建，牟海维，马跃，路成辉，王妙妙，李林，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：新型
国别省市：黑龙江,23