燃气表制造技术

本发明专利技术公开了一种燃气表。该燃气表包括：燃气流速传感单元、模数转换单元和主控单元；其中：燃气流速传感单元，用于采用硅晶振膜方式将燃气流速转换为电压信号；模数转换单元，与燃气流速传感单元相连接，用于采集燃气流速传感单元转换的电压信号，并对该电压信号进行模数转换；主控单元，与模数转换单元相连接，用于根据模数转换单元转换后的电压信号还原燃气流速，并根据还原后的燃气流速和电压信号采集间隔时间，获取累计燃气流量。本发明专利技术的燃气表采用硅麦克风的传感单元，由于硅麦克风对外界压力的变化非常敏感且稳定，因此采用硅麦克风作为传感单元将极大地提高燃气表的精度。

【技术实现步骤摘要】
燃气表
本专利技术涉及微电子机械系统(Micro-Electro&MechanicalSystem，简称MEMS)领域，尤其涉及一种燃气表。
技术介绍
家用燃气表领域，现有的燃气表有机械式燃气表和电子式燃气表。机械式燃气表以机械膜式燃气表为代表；电子式燃气表以超声波燃气表为代表。对于机械膜式燃气表，当流动的燃气经过燃气表时，受到管道摩擦及机构的阻挡，内部的燃气会在燃气表进出口两端产生压力差。该压力差推动膜式燃气表的膜片在计量腔内运动，并且带动配气机构进行协调配气，使得膜片的运动能够连续往复的进行，膜式燃气表通过内部的机械结构，把直线往复运动转变成圆周运动，再通过圆周运动带动机械滚轮计数器转动；膜片每往复一次，就排出一定量燃气，最终滚轮转过一个技术单元，实现滚轮旋转计量显示效果。由于采用机械传动原理，机械膜式燃气表计量精度依赖于零件制造和装配微调，计量精度不高，离散性较大；机械部件随着时间推移有磨损，导致计量精度随时间下降，时间越长误差越明显；由于燃气体积随温度变化，温度引起的测量误差大。对于超声波燃气表，多采用时差法进行测量。图1为本专利技术现有技术超声波燃气流量测量原理的示意图。如图1所示，在超声波燃气流量测量当中，利用一对超声波换能器相向交替(或同时)收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，在通过流速来计算流量的一种间接测量方法。超声波燃气表对直管段要求严格(前20D，后5D)，否则离散性大，测量精度差；安装的不确定性会给流量测量带来较大误差；测量管道结垢会严重影响测量准确度；使用寿命短，精度一般只能保持一年。此外，超声波收发器成本较贵。在实现本专利技术的过程中，专利技术人意识到现有技术存在如下缺陷：现有燃气表测量精度差、成本高、体积大。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对上述问题，本专利技术提出一种燃气表，以提高测量精度、降低成本、减小体积。(二)技术方案本专利技术公开了一种燃气表。该装置包括：燃气流速传感单元、模数转换单元和主控单元；其中：燃气流速传感单元，用于采用硅晶振膜方式将燃气流速转换为电压信号；模数转换单元，与燃气流速传感单元相连接，用于采集燃气流速传感单元转换的电压信号，并对该电压信号进行模数转换；主控单元，与模数转换单元相连接，用于根据模数转换单元转换后的电压信号还原燃气流速，并根据还原后的燃气流速和电压信号采集间隔时间，获取累计燃气流量。优选地，本技术方案中，燃气表还包括：温度传感单元，该温度传感单元用于将燃气环境的温度转换为电信号；静压力传感单元，该气压传感单元用于将燃气环境的静压力转换为电信号；模数转换单元，与温度传感单元相连接，用于定时采集电信号，并对该电信号进行模数转换，电信号包括反映温度的电信号和反映静压力的电信号；主控单元，用于根据模数转换单元转换的电信号，获得燃气环境的温度信息和静压力信息，并根据温度信息、静压力信息对燃气流速进行校准。优选地，本技术方案中，所述燃气表还包括模拟开关；该模拟开关位于所述模数转换单元的前端，用于按照预设时段进行选择性开/闭，供所述模数转换单元按照预设时段分别与燃气流速传感单元、温度传感单元、静压力传感单元相连通。优选地，本技术方案中，燃气流速传感单元，设置于传感器杆的迎风方向；温度传感单元和静压力传感单元，设置于传感器杆的空腔内，空腔通过传感器杆背气面的通气孔与燃气环境相连通。优选地，本技术方案中，温度传感单元为热敏电阻；静压力传感单元为MEMS压力传感器。优选地，本技术方案中，燃气流速传感单元包括电容式硅麦克风和分压电路子单元，其中：电容式硅麦克风，分别与分压电路子单元和模数转换单元相连接，用于采用硅晶振膜将燃气流速转换为对应的阻抗信号；分压电路子单元，与电容式硅麦克风相连接，用于将阻抗信号通过分压的方式转换为电压信号。优选地，本技术方案中，电容式硅麦克风，用于通过直流耦合方式将燃气流速转换为对应的阻抗信号。电容式硅麦克风的漏极接地，源极与分压电路子单元和模数转换单元相连接。(三)有益效果本专利技术具有以下有益效果：(1)硅麦克风对外界压力的变化非常敏感且稳定，因此本专利技术采用硅麦克风作为传感单元将极大地提高燃气表的精度；(2)采用微电子机械制造工艺的硅麦克风，体积小，MEMS技术已经非常成熟，本专利技术实现成本低；(3)本专利技术燃气表增加了温度和静压力的补偿机制，进一步提高了燃气表的精度。附图说明图1为本专利技术现有技术超声波燃气流量测量原理的示意图；图2为本专利技术硅麦克风中硅晶振动膜的放大图；图3为本专利技术半导体硅麦克风的剖面示意图；图4为本专利技术半导体硅麦克风的电路图；图5为本专利技术实施例燃气表的示意图；图6为本专利技术实施例燃气表采用直流耦合方式的硅麦克风传感单元的示意图；图7为本专利技术实施例燃气表的结构示意图；图8a为本专利技术实施例燃气表相关传感器杆的背面图；图8b为本专利技术实施例燃气表相关传感器杆的剖面图；图8c为本专利技术实施例燃气表相关传感器杆的侧面图；图9为本专利技术实施例燃气表的工作流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。以下将对本专利技术采用硅麦克风进行气体流速感应的原理进行详细阐述。根据伯努利方程得出的气体流速—风压关系，气体流速产生的动压为：wp＝0.5·ro·v2(2)其中wp为风压[kN/m2]，ro为气体密度[kg/m3]，v为气体流速[m/s]。由式(2)可知，当气体密度ro已知时，风压wp就只与气体流速v有关。图2为本专利技术硅麦克风中硅晶振动膜的放大图。如图2所示，当硅晶振膜受到压力时产生形变，形变的大小程度与所受压力的大小呈单调关系。结合本专利技术的硅晶振膜，硅晶振膜的形变与承受的风压有关，即是与气体流速有关，且单调。图3为本专利技术半导体硅麦克风的剖面示意图。图4为本专利技术半导体硅麦克风的电路图。如图3和图4所示，当硅晶振膜产生形变时，硅晶振膜两端的电压产生变化，且电压的变化与形变呈单调关系。电压变化引起MOS管(图中FET)导通程度的变化，即阻抗Rds的变化，电压变化和阻抗变化呈单调关系。如此实现了物理量(气体流速)到电气量(阻抗)的转换。本专利技术正是根据上述原理，来进行燃气流量计量。在本专利技术的一示例性实施例中，燃气表包括：燃气流速传感单元、模数转换单元和主控单元。其中，燃气流速传感单元，用于采用硅晶振膜方式将燃气流速转换为电压信号；模数转换单元，与燃气流速传感单元相连接，用于采集燃气流速传感单元的电压信号，并对该电压信号进行模数转换；以及主控单元，与模数转换单元相连接，用于根据模数转换单元进行模数转换后的电压信号还原燃气流速，并根据还原后的燃气流速和电压信号采集间隔时间，获取累计燃气流量。优选地，该硅晶振膜为硅晶漂浮式(free-floating)振膜。根据电压信号还原燃气流速的方式可以采用查表的方式，根据燃气流速和采集间隔时间获取燃气流量的方式可以采用积分的方式。本实施例中，燃气流速传感单元包括电容式硅麦克风和分压电路子单元，其中：电容式硅麦克风，分别与分压电路子单元和模数转换单元相连接，用于采用硅晶振膜将燃气流速转换为对应的阻抗信号；以及分压电路子单元，与电容式硅麦克风相连接，用于将阻抗信号通过分压的方式转换为电压信号。由于硅麦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气表，其中，包括：燃气流速传感单元，用于采用硅晶振膜方式将燃气流速转换为电压信号；模数转换单元，与所述燃气流速传感单元相连接，用于采集所述燃气流速传感单元转换的电压信号，并对该电压信号进行模数转换；主控单元，与所述模数转换单元相连接，用于根据所述模数转换单元转换后的电压信号还原燃气流速，并根据还原后的燃气流速和电压信号采集间隔时间，获取累计燃气流量。

【技术特征摘要】
1.一种燃气表，其特征在于，包括：燃气流速传感单元，包括硅麦克风，所述燃气流速传感单元用于采用硅晶振膜方式将燃气流速转换为电压信号；模数转换单元，与所述燃气流速传感单元相连接，用于采集所述燃气流速传感单元转换的电压信号，并对所述电压信号进行模数转换；主控单元，与所述模数转换单元相连接，用于根据所述模数转换单元转换后的电压信号还原燃气流速，并根据还原后的燃气流速和电压信号采集间隔时间，获取累计燃气流量。2.根据权利要求1所述的燃气表，其特征在于，所述燃气表还包括：温度传感单元，所述温度传感单元用于将所述燃气环境的温度转换为电信号；静压力传感单元，所述静压力传感单元用于将所述燃气环境的静压力转换为电信号；所述模数转换单元，与所述温度传感单元相连接，用于定时采集所述电信号，并对所述电信号进行模数转换，所述电信号包括反映温度的电信号和反映静压力的电信号；所述主控单元，用于根据所述模数转换单元转换的电信号，获得所述燃气环境的温度信息和静压力信息，并根据所述温度信息、静压力信息对燃气流速进行校准。3.根据权利要求2所述的燃气表，其特征在于，所述主控单元包括：存储子单元，用于存储燃气的静压力/温度-密度对照表；校准子单元，与所述模数转换单元和所述存储子单元相连接，用于根据所述温度信息、静压力信息和所述静压力/温度-密度对照表，对燃气流速进行校准。4.根据权利要求2所述的燃气表，其特征在于，所述燃气表还包括模拟开关；所述模拟开关位于所述模数转换单元的前端，用于按照预设时段进行选择性开/闭，供所述模数转换单元按照预设时段分别与燃气流速传感单元、温度传感单元、静压力传感单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄忠，董胜龙，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：