[发明专利]一种气体流量传感器检测装置及方法

权利要求书

1.一种气体流量传感器的检测方法，其中，气体流量传感器的检测装置包括气腔，气腔内设有活塞，活塞上设有活塞推杆，活塞推杆上设有电机，电机通过电机控制器与主控制器连接；活塞推杆上还设有速度传感器，速度传感器与电机控制器连接，气腔上设有与大气连通的导管，待测流量传感器安装在导管上，待测流量传感器与主控制器连接；所述主控制器为计算机；所述气腔上设有位置传感器，位置传感器与主控制器连接；所述电机为伺服电机系统或步进电机系统；所述速度传感器为磁电、光电或光栅传感器；其特征在于，

所述的检测方法包括以下步骤：

步骤一)将待测流量传感器依次安装在导管上，各个待测流量传感器均与主控制器连接；

步骤二)主控制器控制电机推动活塞，向导管排气，完成一个排气过程；排气过程结束后，主控制器再控制电机拉动活塞，从导管吸气，完成一个吸气过程；主控制器按照程序完成预设次数的排气和吸气过程；在每个排气过程或吸气过程中，主控制器控制活塞推杆上的速度传感器测定两次以上的活塞速度，测定活塞速度的同时主控制器采集导管上各个待测流量传感器的流量数据；

气体流量传感器测定实施流程具体为：

初始化阶段：设置测试量程范围0～q_max，对应活塞运动速度为0～V_max，活塞运动加速度a以及减速加速度-a，测试重复次数n，设置主控制器采集光电编码器信号与待测定气体传感器的输出信号的采样率Fs；根据光电位置传感器和光电编码器信号，主控制器通过驱动器控制活塞回零；设置活塞计数值c＝0；

传感器测试阶段：该阶段中，控制器通过电机控制活塞的运动；首先，将腔体内气体通过导管和待测传感器排到大气中：活塞以排气为方向，以速度0为起点，速度V_max为终点，做加速度为a的运动，当活塞速度达到V_max后，活塞做加速度为-a的排气运动，直到活塞速度减为0；其次，将大气中气体通过导管和待测传感器吸到腔体内：活塞以吸气为方向，以速度0为起点，速度V_max为终点，做加速度为a的运动，当活塞速度达到V_max后，活塞做加速度为-a的吸气运动，直到活塞速度减为0；当活塞完成一次排气和吸气过程，活塞计数值c加1；如果没有达到设定的测试次数n，将重复该阶段；如果计数值达到测试次数时，则结束该阶段进入下一阶段；在整个测试阶段中，主控制器以采样率Fs同步采集活塞运动的速度信号V以及待测定气体传感器的输出O；

结束测量阶段：停止数据采集；主控制器通过驱动器控制活塞回零；主控制器根据测量过程中记录的V、O数据按模型计算出待测的气体流量传感器性能参数；

步骤三)完成全部的排气和吸气过程后，主控制器对采集的数据进行数据处理，依据数据处理得到的各个待测流量传感器的参数完成对待测流量传感器的检测或筛选；

所述步骤三)中，一个待测流量传感器的数据处理包括以下步骤：计算待测气体传感器在每个排气过程或吸气过程中的起点偏移和线性比例系数，计算公式为：

SV＝k(O-b)

其中S为活塞截面积，V为活塞速度，O为传感器流量数据，b为起点偏移，k为线性比例系数；

计算全部n次排气过程中线性比例系数的平均值mean(k_di)和标准差std(k_di)，以及起点偏移的平均值mean(b_di)标准差std(b_di)；计算全部n次吸气过程中线性比例系数的平均值mean(k_ci)和标准差std(k_ci)，以及起点偏移的平均值mean(b_ci)标准差std(b_ci)；再结合气体流量传感器的标准的线性比例系数k₀、起点偏移b₀以及线性方程拟合度r²，完成对待测流量传感器的检测或筛选；

具体过程为：

设q为通过传感器的气体流量，则传感器的输入输出线性模型可写为：

其中b为气体传感器起点偏移，k为线性比例系数，O为传感器输出；O可由主控制器采集得到；已知腔体中活塞截面积为S；根据气体流量传感器参数测定装置结构，活塞速度V通过光电编码器测出，则在相同时间t内，活塞运动距离为Vt，腔体内气体体积变化为S*Vt；根据导管与腔体连通的结构，通过气体流量传感器的气体体积qt应等于腔体排除或吸入的气体体积S*Vt；

S*Vt＝qt                        (2)

将(1)带入(2)有

SV＝k(O-b)                      (3)

式(3)中k，b为未知数，只要在一个排气和吸气过程中系统记录的O和V数据大于2次以上，即序列O和对应的序列V长度大于2，则可保证式(3)构成的线性方程组满秩；运用式(3)可以得到满足要求的标准线性比例系数k₀和标准起点偏移b₀拟合度r²；

再运用式(3)的模型进一步的计算，待侧传感器的评价参数；对任意一个气体流量传感器，读取其每次排气和吸气测试数据，分别使用以上提供的计算模型计算得到对应的排气模型参数k_di和b_di，以及吸气模型参数k_ci和b_ci；当完成对应n次测量记录的数据的模型参数计算后，分别对序列k_di，b_di，k_ci和b_ci求其均值和标准差，mean()和std()分别为均值和方差算子；

将所有的记录数据使用以上提供的计算模型计算，综合已得到的8个均值和方差参数；

则得到以下共11个参数：

利用式(4)中的参数结合设定阈值的方法，可以应用于生产气体流量传感器的合格检测或参数一致性较好的成组传感器筛选。