專利名稱：全電子氣體流量計的制作方法
技術領域：
本發明屬于氣體流量的檢測裝置。
現有的氣體流量檢測裝置一般為機械浮子式流量計，其主要測量部分是由垂直安裝的錐形玻璃管、管中沿其軸線方向自由移動的轉子及刻度盤等部分組成。轉子的高度可做為通過氣體流量的量度。這種流量計存在下列不足①分辨率低，從而測量精度也較低。②量程范圍小，起始靈敏度低。③對元件加工精度要求高。④只能用于直讀觀測，不能自動集中采集流量。
為了解決上述問題，本發明是一種精度高、量程大、起始靈敏度高、體積小，并且具有自動集中采集功能的全電子氣體流量計。
為了實現上述目的，本發明的技術方案可以通過附
圖1的原理方框圖來說明全電子氣體流量計全部采用了電子器件，由氣體流量傳感探頭(1)，電量轉換電路(2)、顯示和集采電路(3)所組成(一)氣體流量傳感探頭(1)是流量計的中心部件，起流量傳感器的作用。它采用旁熱式熱敏電阻做為敏感器件，用封裝工藝將兩只熱敏電阻封裝在同一個氣閉的探頭上(12、13、14)，其結構圖如附圖2所示。圖中(14)為標準管接件，(15)為入氣口，(16)為出氣口。通過氣路中的氣流變化，使熱敏電阻的阻值發生變化，從而檢測出氣體流量的大小。
當熱敏電阻RT1(12)和RT2(13)在電路接通電源后，使熱敏電阻升到一定溫度，在沒有氣流通過的情況下，熱敏電阻的溫度基本不變，故電阻取樣值也基本不變，當有氣流通過熱敏電阻RT1(12)時，其溫度發生變化，故阻值也隨之改變，熱敏電阻的溫度與氣體流量成反比，而溫度與阻值成反比，所以氣體流量與熱敏電阻的阻值成正比。因此，可測出流量的大小。
從上述原理可看到檢測氣體流量的方法是通過氣流散熱使熱敏電阻的阻值發生變化。但是，由于環境溫度變化也可使其阻值發生變化。出現了克服外界溫度變化所造成的測量誤差問題。要求熱敏電阻值僅受氣流影響而不受環境溫度變化的影響。本發明解決這一問題的方法是通過加入RT2(13)來解決的。即將具有同樣性能的流量傳感探頭RT2(13)與前一流量傳感探頭RT1(12)放在溫度、壓力相同的環境中，作為溫度補償，消除環境溫度變化帶來的測量誤差。
(二)電量轉換電路(2)的作用是將與流量或正比的電阻差值轉換為電壓差值，以便顯示與采集。在遠距離傳輸時還要將電壓信號轉換成頻率信號。其詳細電路如附圖3所示，利用橋路(17)和橋路(18)將兩個熱敏電阻(12，13)的阻值變化轉換成兩個電壓變化。
提高測量靈敏度的方法是在旁熱式熱敏電阻的熱絲上加一個電流使其達到一定溫度。
是將加熱絲接在與橋路放大器(19，20)構成的電熱反饋回路中，當流量與環境溫度發生微小變化時，熱敏電阻阻值也發生微小變化，這一微小變化通過橋路轉換，電壓放大，使加熱電流迅速顯著變化，使得熱敏電阻的溫度反向變化，橋路趨于平衡。此時，加熱電壓或電流大小就正比于氣流的大小。因此電流大小正好反映了氣體流量的大小。
在電路中，第一反饋環(19)的電流(或電壓)反映環境溫度和流量的變化，而第二反饋環(20)的電流(或電壓)只反映環境溫度的變化，兩者通過差放(21)取其差值，其輸出量正好反映氣體流量的大小。
這個直流電壓信號可直接用于顯示和自動集中采集。但若做遠距離采集測試時還應轉換為頻率信號。
(三)顯示和采集電路(3)分別敘述如下顯示電路是將氣體流量的數值、直觀地表示出來，這種顯示裝置可以是有刻度的電壓表、也可以是電壓數顯裝置。
除直接顯示外，本發明還可用于集中自動采集，其實現方案如附圖4所示，圖中(21)為流量計組合，(22)為多路程控門。當幾十米的近距離采集時，可將每組流量計的電壓輸出或頻率輸出通過一組相應的線引入多路程控門(22)中，分別采集。而當遠距離采集時(如幾十公里)，只能用一對導線(23)采集所有流量計，此時可利用時間分割技術將每個流量計發送頻率信號的時間分開來傳送。
遠距離采集電路如附圖5所示，它由晶振(11)、分頻計時(10)、計時邏輯電路(9)和開關電流轉換電路(6)、低動耗穩壓電源(8)所組成。用來完成每個流量計的分時發送。
詳細工作原理結合電路圖介紹如下探頭(1)放大器(4)壓控振蕩器(7)是由一個常加電源(5)不間斷供電的。采集過程中，從始至終有電壓信號或頻率信號。但在集采線上不加電時，計時開關邏輯電路不工作而打不開發送門。當集采線上加電時，由4060集成電路片組成的振蕩分頻器(10)，起振、分頻，送到下一分頻器4020(9)上，再次分頻并將各級分頻端與二極管組成的編碼電路進行比較，從而控制開關時間。計時到編碼值時二極管公共線為邏輯1;而開發送門，發送信號。這時振蕩分頻電路繼續計時，開門1.5秒后，由4020分頻端和4011組成的觸發器控制關門，繼續采集下一個。本設計共有127個編碼;因此一對采集線上可以采集127個流量計。
本發明的特征還在于采用了高耐壓、低功耗電源及低功耗集成電路。同時采集線集供電與信號傳輸于一身。為解決恒壓供電與信號傳輸問題;在發送電路中，采用一個三極管(6)將頻率電壓轉為頻率電流，從而使端機可同時在這對線上供電、采集。
其技術實現是通過選用高反壓、高放大倍數和低功耗穩壓二極管D19(25)來完成的。
同時，為防止高電壓加在流量計上損壞流量計，本實用新型中加有過壓保護(26)及極性整流(27)，以避免接錯電壓而造成損壞。
具體實施例方式1.運算放大器采用進口集成電路LM124，LM324或LM2902型號的片子。
2.振蕩部分采用32KHz鐘表晶振與集成電路CD4060組成。
3.分頻部分由集成電路CD4060完成。
4.D1～D17用2CK70D;D18用2CW-55.BG18C12136.電阻-R24，R11 13，R27，用 1/8 W3KΩ-R1，R10，R51用 1/8 W8，2KΩ-R5，R6，R14，R15，R7 8，R16 17，R19 23，R25 26，R29，R31 34，R36，R41，R47 48，R50，R54R59用 1/8 W100KΩ-R28，R30，R39用 1/8 W10KΩ-R53，R581/8 W2MΩ-R421/8 W18MΩ
-R431/8 W750KΩ7.電位器 W10.5W10KΩ本發明的主要技術參數和效果量程2ml/分鐘-3000ml/分鐘。
采集精度0.5%;環境溫度0℃-50℃承受氣壓 2Kg/cm2。
近距離電壓采集速度，取決于端機門速和A/D速度;一般為10ms近頻率采集為10ms。
遠距離頻率采集2秒/個。
遠距離安裝容量127個/每對線。
功耗常電源功耗20mA/每個。電壓12V。
遠采功耗靜態200mA/每個，動態1mA/每個，遠供電壓20V-120V。
采集距離30公里。
本發明具有以下效果;(1)高精度。對應2ml-3000ml/ml/分鐘，其電壓信號為0.5V-7V，具有高靈敏度如用8位A/D轉換，精度取決于A/D精度為0.5%。如用頻率采集，對應于800Hz-2000Hz，分辨率1Hz;其精度為0.1%，這是機械刻度表達不到的。(2)大量程。其最小和最大量比為1∶1500，而同類機械表僅為1∶10至1∶100。(3)起始靈敏度高。為2ml/分。(4)本電路采用全電子電路無復雜機械加工件;且所有器件國內市場都能買到;易于制作，成本低廉。(5)電壓和頻率信號輸出。便于遠近中距離的自動測試采集。本發明還可以采用模數轉換和計頻功能的電子計算機，控制一個100門程控門電路。其中，有90個門接近距(幾十米)流量計，10路接遠程測試采集線，每線接127個電子氣體流量計，如某路接通、選測，并將所測電量根據其位置與時間編碼，賦與實際流量計號;并將該電量經溫度、氣壓標定精度轉換表，轉換為高精度實際流量數據。并對該流量設定多級告警。還可根據每分鐘所測流量對時間積分，記錄從某一時刻起所輸出的氣量;起積量儀的作用。其高精度流量值與氣量與采集時間進入數據庫或實時控制。
權利要求
1.一種全電子氣體流量計，由傳感探頭(1)、電量轉換電路(2)、顯示與采集電路(3)組成其特征在于①傳感探頭(1)采用旁熱式熱敏電阻做敏感器件RT1(12)、RT2(13)封裝在同一個氣閉的探頭上(12，13，14)，檢測氣體流量的方法是通過氣流散溫使熱敏電阻RT1變化反映流量，熱敏電阻(13)做為溫度補償，使測量結果不受環境溫度影響。②電量轉換電路(2)是利用橋路(17)和橋路(18)將兩個熱敏電阻值的變化轉換成兩個電壓變化值，為了提高測量靈敏度將加熱絲接在與橋路放大器(19、20)構成的電熱反饋回路中，當做遠距離采集測試時，通過電壓、頻率變換(7)轉為頻率信號。
2.如權利要求1所述的全電子氣體流量計，其特征在于所說的顯示和采集電路(3)，除直接顯示外，還可通過放大器(4)輸出電壓信號或通過電壓、頻率轉換器(7)輸出的頻率信號，用于集中自動采集方式。
3.如權利要求2所述的全電子氣體流量計，其特征在于所說的自動采集電路中(21)為流量計組合，(22)為多路程控門，近距離采集時，將每組流量計的電壓輸出或頻率輸出通過一組相應的線引入多路程控門(22)中，分別采集，遠距離集采時，用一對導線(23)采集所有流量計，是利用時間分割技術，將每個流量計發送頻率信號的時間分開來傳送。
4.如權利要求3所述的全電子氣體流量計，其特征在于所說的遠距離采集電路由晶振(11)、分頻計時電路(10)、計時邏輯電路(9)和開關電流轉換電路(6)，低功耗穩壓電源(8)所組成。
5.如權利要求1所述的全電子氣體流量計，其特征在于全機采用了高耐壓，低功耗電源及低功耗集成電路，選用了高反壓、高放大倍數和低功耗穩壓二極管D19(25)來實現，同時加有過壓保護(26)及極性整流(27)以避免接錯電壓而造成損壞。
6.如權利要求1所述的全電子氣體流量計，其特征在于所說的自動采集電路可根據每分鐘所測流量對時間積分，記錄從某一時刻起所輸出的氣量，起積量儀的作用。
全文摘要
全電子氣體流量計，屬于氣體流量的檢測裝置。本發明由探頭(1)、電量轉換電路(2)、顯示和采集電路(3)組成。具有溫度補償功能。可將流量轉換為電壓信號輸出，以供顯示及自動采集。具有制作簡單、成本低、靈敏度高、大量程、便于自動測試等優點，是一般機械浮子流量計所不能比的。
文檔編號G11B7/08GK1038534SQ88103629
公開日1990年1月3日 申請日期1988年6月14日 優先權日1988年6月14日
發明者張偉春 申請人:張偉春