超声波和电容传感器的两相流浓度测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术属工业生产过程中对两相流浓度的测量装置及测量方法，特别涉及一种超声波和电容传感器的两相流浓度测量装置及测量方法，该装置由电容传感器电路（１）、模拟开关电路（２）、电容传感器模入通道电路（３）、激励源电路（５）、超声波传感器电路（６）、超声波模入通道电路（７）、显示电路（８）和电源电路（９）组成，该装置具有精度高，抗干扰性强，能抑制杂散电容干扰，实现了对两相流浓度的在线测量和浓度的显示；采用了上、下游被测电容传感器和超声波换能器的结合，利用了数据融合的方法，提高了测量的可信度和精确度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属工业生产过程中对两相流浓度的测量装置及测量方法，特别涉及一种。
技术介绍
在石油、冶金、化工、电力等诸多工业领域的生产过程中，两相流参数在线实时测量对生产过程的计算、控制和可靠运行具有重要意义。目前，国内外使用的测量装置及其测量方法的不足之处是，超声波和电容传感器的两相流浓度测量采用两种装置，分别测量，测量的数据可信度和精度低，抗干扰性差、不能抑制杂散电容干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提供一种对超声波和电容传感器的两相流浓度的在线测量，采用电容传感器和超声波传感器结合的方法，利用数据融合原理，提高测量的可信度和精度，该装置具有精度高，抗干扰性强，能抑制杂散电容干扰的。本专利技术解决技术问题采用的技术方案是一种由电容传感器电路、模拟开关电路、电容传感器模入通道电路、激励源电路、超声波传感器电路、超声波模入通道电路、显示电路和电源电路组成的超声波和电容传感器的两相流浓度测量装置，其特点是在测量装置的系统中设置中央处理器电路，它包括中央处理器U9、微处理器控制器U8、非门AR3B、AR3C、或门AR6A、晶体振荡器Y1、按键S9、二极管D2、电容C23、C35、C36、电池BT2和电阻R13～R16；U9的1脚接模拟开关电路中的模拟开关U2的9脚，4脚接电容传感器模入通道电路中的光电耦合器AU4的1脚，9脚接AR6A的3脚，11、12脚分别接U8的5、6脚，17脚接超声波模入通道电路中的模拟开关U19的8脚，18脚接Y1、C35一端，19脚接Y1另一端和C36的一端，20脚接C36、C35另一端和地，21～28脚分别接显示电路中的数码显示器DS1～DS4的1～8脚，29、32、33脚分别接显示电路中的二～四线译码器U10A的1、3、2脚，34脚接电容传感器模入通道电路中的光电耦合器AU2的1脚，35、36脚分别接电容传感器模入通道电路中的增益可编程放大器U6A的1、2脚，37脚接光电耦合器AU3的1脚，38脚接超声波模入电路中的光电耦合器AU5的4脚，39脚接电容传感器模入通道电路中的电感L1、C27一端、DC-DC转换器U11的4脚、C26的正极、R20一端和光电耦合器AU1的3脚，C26的负极接地，40脚接R16、R15、R13一端、U8的2脚和+5V电源；U8的4脚接R13另一端和R14一端，R14另一端接地，8脚接D2一端和BT2正极，D2另一端接R15另一端，BT2的负极接地，3脚接地，7脚接AR3C的5脚；AR6A的1脚接AR3B的4脚，2脚接AR3C的6脚；AR3B的3脚接R16的另一端、S9、C23一端，C23另一端接S9另一端和地。超声波和电容传感器的两相流浓度的测量方法是上下被测电容传感器CAX、CBX将其电容值转化为对应电信号送入模拟开关电路中的模拟开关U2，再送入电容传感器模入通道电路中的仪表放大器1U3、低通滤波器U5A、增益可编程放大器U6A；仪表放大器U3输出某一通道的电容值，此值与数模转换器输出的静态值相减，得到当前电容相对于静态值的变化量，此变化量经增益可编程放大器U6A放大后送入中央处理器U9，利用中央处理器U9内部的A/D转换器进行转换，由中央处理器U9完成通道先择、D/A输出、PGA增益设置；超声波测量是由两个超声波换能器TR1、TR2将接收到的被调制后的超声波信号送入模拟开关U19，分别对两路信号转换，经光电耦合器AU5后送入中央处理器U9，利用其内部A/D转换器进行转换；激励源芯片U17激励超声波换能器TR1、TR2发出连续方波信号；用激励源芯片U17和超声波模拟开关U18组成的锁相环消除驻波，激励源芯片U17产生的信号经功率放大三极管Q1、Q2后分两路，在激励源芯片U17中的MC14046的相位比较器与接收到的信号进行比较，相位比较器的输出被反馈到U17中的驱动发射器的压控振荡器中；这样，通过随时调整U17的频率，使超声波换能器TR1、TR2的超声波发送换能器F1、F2和超声波接收换能器的J1、J2之间有效声通道长度L始终维持在驻波半波长(λ/2)的整数倍；最后，中央处理器U9得到四个转换结果两路上下被测电容传感器CAX、CBX的结果和两路超声波换能器TR1、TR2的转换结果；利用数据融合中的自适应加权和BaYes两种方法对四个结果进行两级融合，最后得出高精度的浓度值送数码显示器DS1～DS4。本专利技术的有益效果是该装置具有精度高，抗干扰性强，能抑制杂散电容干扰，实现了对两相流浓度的在线测量和浓度的显示；采用了上、下游被测电容传感器和超声波换能器的结合，利用了数据融合的方法，提高了测量的可信度和精确度。以下结合附图以实施例具体说明。附图说明图1示的结构框图。图2示图1的电容传感器电路原理图。图3示图1的模拟开关电路原理图。图4示图1的电容传感器模入通道电路原理图。图5示图1的中央处理器电路原理图。图6示图1的激励源电路原理图。图7示图1的超声波传感器电路原理图。图8示图1的超声波模入通道电路原理图。图9示图1的显示电路原理图。图10示图1的电源电路原理图。图11示图1的电容模入通道流程框图。图12示图1的超声波模入通道流程框图。图中，1-电容传感器电路；2-模拟开关电路；3-电容传感器模入通道电路；4-中央处理器电路；5-激励源电路；6-超声波传感器电路；7-超声波模入通道电路；8-显示电路；9-电源电路；U1-差动运算放大器；U2-电容的模拟开关；U3-仪表放大器；U4-D/A转换器；U5A-低通滤波器；U6A-PGA增益可编程放大器；U7、U11、U12、U16-DC-DC转换器；U8-微处理器控制器；U9-中央处理器；U10A-2-4线译码器；U13A-低漂放大器；U14-低通滤波器；U15A-二级放大器；U18、U19-超声波的模拟开关；U20A-一级放大器；U21-带通滤波器；AR1、AR2、AR4、AR5-运算放大器；CAX、CBX-上、下游被测电容传感器；Cas1、Cbs1-上游极板与地屏敝罩之间的杂散电容；Cas2、Cbs2-下游极板与地屏敝罩之间的杂散电容；S1～S8-开关；S9-按键；AR3A、AR3B、AR3C-非门；AU1～AU5-光电耦合器；D1、D3-稳压二极管；D2、D4～D14-二极管；L1、L2-电感；AR6A-或门；Y1-晶体振荡器；BT1、BT2-电池；Q1、Q2-三极管；DS1～DS4-数码显示器；T1、T2-变压器；TR1、TR2-超声波换能器；F1、F2-超声波发生换能器；J1、J2-超声波接收换能器；R5、R8、R41-可变电阻；R1～R4、R6、R7、R9～R32、R34～R53-电阻；C26、C28、C29、C33、C34、C42、C43、C47、C48-电解电容；C3～C17、C23～C25、C27～C30、C32、C35～C41、C44～C46、C49～C59-电容；具体实施方式参照附图，一种电容传感器电路1、模拟开关电路2、电容传感器模入通道电路3、激励源电路5、超声波传感器电路6、超声波模入通道电路7、显示电路8和电源电路9组成的超声波和电容传感器的两流浓度测量装置，其特点是在测量装置的系统中设置了中央处理电路4(见附图5)，它包括中央处理器U9、微处理器U8、非门本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波和电容传感器的两相流浓度测量装置及测量方法，该装置由电容传感器电路（１）、模拟开关电路（２）、电容传感器模入通道电路（３）、激励源电路（５）、超声波传感器电路（６）、超声波模入通道电路（７）、显示电路（８）和电源电路（９）组成，其特征在于在测量装置的系统中设置了中央处理电路（４），它包括中央处理器Ｕ↓［９］、微处理器Ｕ↓［８］、非门ＡＲ↓［３Ｂ］、ＡＲ↓［３Ｃ］、或门ＡＲ↓［６Ａ］、晶体振荡器Ｙ↓［１］、按键Ｓ↓［９］、二极管Ｄ↓［２］、电容Ｃ↓［２３］、Ｃ↓［３５］、Ｃ↓［３６］、电池ＢＴ↓［２］和电阻Ｒ↓［１３］～Ｒ↓［１６］；Ｕ↓［９］的１脚接模拟开关电路２中的模拟开关Ｕ↓［２］的９脚，４脚接电容传感器模入通道电路３中的光电耦合器ＡＵ↓［４］的１脚，９脚接ＡＲ↓［６Ａ］的３脚，１１、１２脚分别接Ｕ↓［８］的５、６脚，１７脚接超声波模入通道电路７中的模拟开关Ｕ↓［１９］的８脚，１８脚接Ｙ↓［１］、Ｃ↓［３５］一端，１９脚接Ｙ↓［１］另一端和Ｃ↓［３６］的一端，２０脚接Ｃ↓［３６］、Ｃ↓［３５］另一端和地，２１～２８脚分别接显示电路８中的数码显示器ＤＳ↓［１］～ＤＳ↓［４］的１～８脚，２９、３２、３３脚分别接显示电路８中的二～四线译码器Ｕ↓［１０Ａ］的１、３、２脚，３４脚接电容传感器模入通道电路３中的光电耦合器ＡＵ↓［２］的１脚，３５、３６脚分别接电容传感器模入通道电路３中的增益可编程放大器Ｕ↓［６Ａ］的１、２脚，３７脚接光电耦合器ＡＵ↓［３］的１脚，３８脚接超声波模入电路（７）中的光电耦合器ＡＵ↓［５］的４脚，３９脚接电容传感器模入通道电路（３）中的电感Ｌ↓［１］、Ｃ↓［２７］一端、ＤＣ－ＤＣ转换器Ｕ↓［１１］的４脚、Ｃ↓［２６］的正极、Ｒ↓［２０］一端和光电耦合器ＡＵ↓［１］的３脚，Ｃ↓［２６］的负极接地，４０脚接Ｒ↓［１６］、Ｒ↓［１５］、Ｒ↓［１３］一端、Ｕ↓［８］的２脚和＋５Ｖ电源；Ｕ↓［８］的４脚接Ｒ↓［１３］另一端和Ｒ↓［１４］一端，Ｒ↓［１４］另一端接地，８脚接Ｄ↓［２］一端和ＢＴ↓［２］正极，Ｄ↓［２］另一端接Ｒ↓［１５］另一端，ＢＴ↓［２］的负极接地，３脚接地，７脚接ＡＲ↓［３Ｃ］的５脚；ＡＲ↓［６Ａ］的１脚接ＡＲ↓［３Ｂ］的４脚，２脚接ＡＲ↓［３Ｃ］的６脚；ＡＲ↓［３Ｂ］的３脚接Ｒ↓［１６］的另一端、Ｓ↓［９］、Ｃ↓［２３］一端，Ｃ↓［２３］另一端接Ｓ↓［９］的另一端和地。...

【技术特征摘要】
1.一种超声波和电容传感器的两相流浓度测量装置及测量方法，该装置由电容传感器电路(1)、模拟开关电路(2)、电容传感器模入通道电路(3)、激励源电路(5)、超声波传感器电路(6)、超声波模入通道电路(7)、显示电路(8)和电源电路(9)组成，其特征在于在测量装置的系统中设置了中央处理电路(4)，它包括中央处理器U9、微处理器U8、非门AR3B、AR3C、或门AR6A、晶体振荡器Y1、按键S9、二极管D2、电容C23、C35、C36、电池BT2和电阻R13～R16；U9的1脚接模拟开关电路2中的模拟开关U2的9脚，4脚接电容传感器模入通道电路3中的光电耦合器AU4的1脚，9脚接AR6A的3脚，11、12脚分别接U8的5、6脚，17脚接超声波模入通道电路7中的模拟开关U19的8脚，18脚接Y1、C35一端，19脚接Y1另一端和C36的一端，20脚接C36、C35另一端和地，21～28脚分别接显示电路8中的数码显示器DS1～DS4的1～8脚，29、32、33脚分别接显示电路8中的二～四线译码器U10A的1、3、2脚，34脚接电容传感器模入通道电路3中的光电耦合器AU2的1脚，35、36脚分别接电容传感器模入通道电路3中的增益可编程放大器U6A的1、2脚，37脚接光电耦合器AU3的1脚，38脚接超声波模入电路(7)中的光电耦合器AU5的4脚，39脚接电容传感器模入通道电路(3)中的电感L1、C27一端、DC-DC转换器U11的4脚、C26的正极、R20一端和光电耦合器AU1的3脚，C26的负极接地，40脚接R16、R15、R13一端、U8的2脚和+5V电源；U8的4脚接R13另一端和R14一端，R14另一端接地，8脚接D2一端和BT2正极，D2另一端接R15另一端，BT2的负极接地，3脚接地，7脚接AR3C的5脚；AR6A的1脚接AR3B的4...

【专利技术属性】
技术研发人员：付华，杜晓坤，许振良，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]