一种恒流法热式气体质量流量计,包括传感器模块,信号调理模块,AD采样模块和主控单元,所述的传感器模块所述的传感器模块由速度探头铂热电阻R、温度探头铂热电阻R、与速度探头铂热电阻R串联的基准电阻R。及与温度探头铂热电阻R串联的基准电阻R,根据加载在所述的四个电阻的电压值输出相应的四路电压信号,信号调理模块包括四路调理电路,将调理后符合采样要求的四路电压信号送入A/D采样模块进行模数转换,传送至主控单元,由主控单元计算出流量值,其特征在于,所述的流量计还包括两个恒流源和一个精密基准电压源,两个恒流源分别为速度探头支路和温度探头支路提供恒定驱动电流,所述的精密基准电压源为速度探头支路的恒流源提供基准电压,并同时为采集速度探头和温度探头的AD采样模块提供基准电压。
背景技术
对于传统的热式气体质量流量计,其测量方法主要分为两类:恒温差法和恒功率法热式流量计其基本结构如图1所示。
传感器核心部分由速度探头和温度探头组成,利用探头电阻值大小随温度变化关系并结合传热学原理来实现流量信号的采集。通过对速度探头通以一定电流加热,使之与管道中流过的气体产生强迫对流换热,换热量与质量流量成正比,从而实现流速测量;而温度探头则用于测量流体温度,实现温度补偿热式气体质量流量计的基本模型如公式(1)所示:
qm=【1/B1*(I²wRw/Tw-Tc)-A1/B1】²
其中,qm表示质量流量,Iw表示速度探头加热电流:Rw表示速度探头电阻:Tw为速度探头温度;Tc为流体温度:A1、B1为常数。
根据公式(1),进一步分析可以得出热式流量计ZUI基本的两种测量方法。当Tw-Tc常数时,质量流量qm与加热电功率I²wRw有一一对应关系,过拟合这两者之间的关系从而测量质量流量的方法叫做恒温差法。同样,当I²wRw=常数时,质量流量qm。与温差Tw-Tc.有对应关系,通过拟合他们之间的关系从而测量质量流量的方法叫做恒功率法。
恒温差法系统框图如图2所示。主要包括五个部分:电桥部分、差分放大部分、PI控制器部分、静态电源偏置及加法器部分、功率放大部分(电流放大部分)。不管是恒温差法还是恒功率法,都需要设计高效的控制算法和控制电路,以实现温差或者功率恒定。
恒流法热式气体质量流量计流量测量具体步骤
(1)通过电压源为电路供电电源;精密基准电压源为速度探头支路80mA恒流源提供基准电压,并同时为采集速度探头和温度探头的24位高精度A/D采样芯片提供基准电
(2)采用80mA恒流源和0.5mA恒流源分别为速度探头R支路和温度探头R支路提供恒定驱动电流
(3)当管道中气体流量发生改变时,流过气体带走的热量相应发生改变,从而促使速度探头铂热电阻R.阻值改变,传感器输出电压信号改变;
(4)探头输出电压值经过信号调理模块调理后进入24位高精度A/D采样模块进行模数转换,输出电压;
(5)标定数据:然后将转换结果通过SPI通信传送至单片机进行数字滤波等算法处理,计算出相应电压值和拟合变量x,根据标准表流量q。与拟合变量x使用四次多项式拟合出两者之间的关系式系数;流量q。与拟合变量x之间有一一对应关系,通过下面的四次多项式拟合:qn=
k4x四次方+k3x³+k2x²+k1x一次方+k0。
(6)在上一步经MCU计算得到流量值可以通过液晶就地显示和脉冲信号远传输出,供用户观察记录与输出,还可以通过按键和RS485通信实现人机对话;
(7)同时,看门狗和掉电保护等保护电路,使得程序能得以正常运转和数据不丢失,保证系统在整个过程中正常运行。