[发明专利]一种双速度探头热式气体质量流量计及其测量方法

说明书

本发明公开了一种双速度探头热式气体质量流量计及其测量方法。本发明包括电源模块，传感器模块，转换模块，微控制器和显示器。所述电源模块包括电流源和电压源,其中电流源为传感器模块提供加热电流；所述传感器模块由两个PT20铂热电阻构成，在每个铂热电阻的两端开孔，所述的铂热电阻设置在待测气体流通管道内，两者之间的距离为管道长度的一半；所述转换模块包括信号调理电路和A/D采样电路。传感器模块的输出信号经转换模块后输入至微控制器计算流量并显示。本发明同时提供此种流量计的测量方法。本发明中的探头采用铂热电阻并在两侧开通孔，大大降低功耗并提高加热速度，电路搭建容易，不受气体温度影响，无需反馈等额外控制电路。

技术领域

本发明涉及气体流量测量技术领域，是一种双速度探头热式气体质量流量计。

背景技术

流量计量是科学计量的组成部分之一，它与国民经济、国防建设、科学研究关系密切。保证流量计量工作的准确性对保障产品质量、提高生产效率、促进科学发展都具有重要的作用。传统热式气体质量流量计是在加热气体时利用测量热量的传递、转移或利用热量消散效应来测得流体质量流量的流量计。它是基于传热原理，通过检测管道内流体与流量传感器之间的热量交换关系来测量流量。利用热量传递、转移效应的流量计称为热分布式气体质量流量计，利用热量消散效应的金氏定律的流量计是浸入式热式气体质量流量计。这里研究的是浸入式热式气体质量流量计。

对于传统的浸入式热式气体流量计其测量方法主要有以下三类:恒功率法、恒温差法以及恒温法。流量传感器上有一个速度探头1(流量探头)和一个温度探头2，分别用来测量气体的质量流量与温度。其探头示意图如图1所示。其中，浸入式热式气体流量计的基本公式模型如(1)所示：

其中Iw为流过速度探头的电流，Rw为速度探头自身的电阻值，Tw为速度探头表面温度，Tc为温度探头所测量出的气体温度，B和C称之为经验常数。根据公式(1)，叙述三种方法区别。若保持速度探头的加热功率不变，根据温差Tw-Tc的大小，得到质量流量qm的方法称为恒功率法。若保持温差Tw-Tc不变，根据速度探头的电压和电流变化，测量出质量流量qm的方法称为恒温差法。若保持速度探头表面的温度Tw不变，根据速度探头的电压或者电流大小，测量出质量流量qm的方法称为恒温法。恒功率型热式气体质量流量计在实际应用中会遇到Iw和Rw同时变化的情况，如何设计电路使得功率IW2RW保持稳定是个难题，同时响应速度慢也是该型流量计的一个缺点，上述问题使得恒功率法极少被采用。恒温差型热式气体质量流量计对温度的变化进行补偿的电路比较复杂，同时由于电路本身功率以及被加热速度探头允许最大电流的影响，使其稳定速度较慢。恒温型热式气体质量流量计由于气体本身的温度对流量也会产生影响，需要进行温度补偿，较为麻烦。从上面分析可以无论是恒功率法，恒温差法还是恒温法，都需要设计复杂的控制电路，且响应速度较慢。

发明内容

为了克服上述现有的一些问题，本发明设计了一种双速度探头热式气体质量流量计并提出了相应的测量方法。它具有响应速度快，加热较快，测量准确，硬件电路实现更为简单，不受环境温度影响等特点。

本发明的热式气体质量流量计，包括电源模块，传感器模块，转换模块，微控制器和显示器。所述电源模块包括电流源和电压源。所述传感器模块由两个PT20铂热电阻构成，在铂热电阻两边设计合适的通孔，大大降低了功耗并提高了加热速度。所述转换模块包括信号调理电路和A/D采样电路。微控制器指的是MSP430单片机。显示器是低功耗诺基亚5110显示屏，显示参数。