一种基于环境测温补偿的流量传感器流量计算方法技术

本发明专利技术涉及测量技术领域，尤其涉及一种基于环境测温补偿的流量传感器流量计算方法，包括S1、采集流量传感器的上、下游热敏电阻对应的温控电路输出电压为，并将和转换为与电压大小相关的无量纲数值，作为计算流量Q的输入；S2、利用数学式：，对流量传感器的输出流量Q进行计算。通过利用温度传感器对流量传感器进行环境测温补偿，减少流量传感器预热时间，通电后流量传感器达到工作温度就可以进行有效的流体流量测量。以进行有效的流体流量测量。以进行有效的流体流量测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于环境测温补偿的流量传感器流量计算方法


[0001]本专利技术涉及测量
，尤其涉及一种基于环境测温补偿的流量传感器流量计算方法。

技术介绍

[0002]随着工业及科学技术的发展，对流体流量的测量提出了更高要求；目前已有许多流量计算方法，其中典型的流量传感器通过流体的导管，在导管上下游分别设有两个独立的、随流体温度变化的热敏电阻，并设置有分别包含上述随温度变化的热敏电阻的两个相互独立的温控电路，控制两个恒温电路温度相等且为定值，流量传感器上游热敏电阻对应的温控电路输出电压为，设下游热敏电阻对应的温控电路输出电压为，两个恒温电路输出电压差，通过的式子计算流量Q，典型的流量传感器计算流量公式为：。
[0003]基于热传导效应的上述式中仅受环境温度影响，通过除以，使得不同温度下流量Q变化所对应的温控电路的电压差变化相同，消除环境温度因素影响，从而提高流量传感器的输出线性，提高不同温度下流量传感器得测量精度。
[0004]但实际工况中，同一温度下，难以取定值且随流量Q变化而变化，通过式计算流量Q来消除环境温度对流量传感器输出的影响，由于随流量Q变化而变化，会导致流量传感器输出附加额外的非线性，导致流量传感器无法在不同温度下保持较好的测量精度。
[0005]此外典型的流量传感器缺乏零点修正，即实际流量为零时，对零点输出进行修正；故当环境温度发生变化时，市场上典型的流量传感器会产生零点输出偏移，使得传感器输出发生偏移。
[0006]另外，由于典型的流量传感器需要较长的预热时间，使流量传感器的流量计与周围的环境达到（趋近）热平衡状态时，方能有效进行流体流量的测量。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的问题：本专利技术提出利用温度传感器对流量传感器进行环境测温补偿，减少流量传感器预热时间，通电后流量传感器达到工作温度就可以进行有效的流体流量测量。
[0008]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于环境测温补偿的流量传感器流量计算方法，包括以下步骤：S1、采集流量传感器的上、下游热敏电阻对应的温控电路输出电压为、，并将
和转换为与电压大小相关的无量纲数值，作为计算流量Q的输入；S2、利用数学式：，对流量传感器的输出流量Q进行计算；其中，为将温控电路的流量传感器输出值转换为流量的映射函数，为零偏函数；f(T)温度补偿修正函数；理论上项为仅受温度影响但实际受流量Q影响的项，故理论上流量传感器的输出项应仅受流量Q影响；由于项受流量Q的变化影响，导致项附加上额外的非线性，导致流量传感器输出线性不理想，存在较大误差；将数学式中变换为，即由项替换数学式中的环境温度影响项，并增加ofs零偏函数，得到；由此降低流量Q的变化对流量传感器输出项的影响，降低额外的非线性；由于流体实际在流量传感器中的换热难以达到理想状态，有一部分热量在上游流向下游的过程中散热损耗掉，流体带给下游的热量Q
heat_d
小于上游传感器带走的热量Q
heat_u
，因此在环境温度恒定时，项会随流量Q的变化发生改变；由于式中的项仅受周围环境温度变化的影响，可以仅对周围环境温度的影响进行修正，进而通过该式的计算来降低因流量Q的变化附加的额外非线性。
[0009]设温度补偿修正函数为，是基于温度传感器测量周围环境温度T，式中T
u
为上游热敏电阻温度，T
d
为下游热敏电阻温度。
[0010]温度补偿修正函数说明：由雷诺输送定律，某瞬间控制体内的流体所构成的体系，它所具有的物理量的随流导数，等于同一瞬间控制体中所含同一随流物理量的增加率（为体积分）与该物理量通过控制面的净流出率（为面积分）之和；同一控制体内流量的变化可以用热量的变化来衡量，故可以认为，式中为流量变化量，为加热功率变化量，为功率流量增益系数。
[0011]为电压相关的无量纲数，故能反应热敏电阻两端电压大小，通电工作时，由惠斯通电桥平衡可分析得知，动态电阻（通电加热后）为确定的常值，故
加热功率可表示为，同理，总加热功率的变化，可写为，为加热功率传递系数，；考虑中有一部分发热功率通过环境热传导耗散，通过传感器流量为零，热敏电阻达到稳态温度，此时加热功率用于抵消环境散热，即，同理有，式中为传热系数，为热敏电阻等效热传导面积，为热敏电阻等效热传导面积；环境温度时，热敏电阻各自的热平衡功率为，故环境温度不同时，各自的零流量热平衡功率大小也各不相同，会产生一个由于环境温度变化引起的零偏输出。
[0012]流量函数，令，则；结合雷诺输送定律所得流量变化与加热功率变化关系和可得，其中，为常值，但考虑到实际流量传感器的数据点波动以及测量误差的存在，故需多组测量X和Q的数据，进行归一化处理，求解出回归值。
[0013]考虑到流量传感器个体的物理结构差异及实际T
u
、T
d
温度难以同时测量，对公式进行变换，得到，式中，K为热敏电阻温升系数，C为室温时上下游热敏电阻的电阻相对误差率，其中，电阻相对误差：C=(R
u
‑
R
d
)/R
u
，R
u
、R
d
为上、下游热敏电阻阻值，Tu为热敏电阻Ru的温度，T
u
值由图2中惠斯通电桥平衡原理计算得到；项对于确定的温度传感器而言为常值，故令，将式进行变换得到；通过定义仅受环境温度影响项的函数的零偏函数，其中，w1和w2温度漂移系数和零点偏移项系数，通过测量T0温度下V
u0
、V
d0
和T1温度下V
u1
、V
d1
即可计算出；通过零偏函数ofs对的零点输出进行修正，因此可对周围环境温度变化产生的传感器输出偏移量进行修正。
[0014]本专利技术的有益效果是：1、在流量传感器上部增加温度传感器，通过温度传感器的温度反馈防止环境温度的变化对流量传感器的测量输出造成干扰，并对环境温度变化导致的零点输出偏移进行修正，提供线性好，测量误差小的流量传感器测量方法；2、利用温度传感器测量流量传感器周围环境的实时温度，进行实时环境温度补偿。预热时间短，仅需传感器通电达到工作温度，即可进行有效的流体流量测量。
附图说明
[0015]图1为本专利技术流程图；图2为本专利技术温控电路图；
图3为本专利技术实验测试设备连接图；图4为典型的流量传感器与本专利技术流量传感器的质量电压变化随流量Q变化对比图；图5为典型的流量传感器质量误差变化随流量Q变化对比图；图6为本专利技术流量传感器的质量误差变化随流量Q变化对比图。
具体实施方式
[0016]下面结合附图，对本专利技术的实施例作进一步的详细说明。
[0017]如图1为本专利技术的一种基于环境测温补偿的流量传感器流量计算方法，包括以下步骤：S1、采集流量传感器的上、下游热敏电阻对应的温控电路输出电压为、，并将和转换为与电压大小相关的无量纲数值，作为计算流量Q的输入；本实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于环境测温补偿的流量传感器流量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采集流量传感器的上、下游热敏电阻对应的温控电路输出电压为，并将和转换为与电压大小相关的无量纲数值，作为计算流量Q的输入；S2、利用数学式：，对流量传感器的输出流量Q进行计算，其中，为将温控电路的流量传感器输出值转换为流量的映射函数，为零偏函数；f(T)温度补偿修正函数，T为温度传感器测得的环境温度。2.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤鑫烨，方童童，焦文斌，顾守东，
申请(专利权)人：常州高凯电子有限公司，
类型：发明
国别省市：