[發明專利]一種高精度流量計及測量方法

無效

• 申請號: 201210490134.7
• 申請日: 2012-11-27
• 公開（公告）號: CN103837201A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 樂志明
• 申請（專利權）人: 樂志明
• 主分類號: G01F1/698
• 分類號: G01F1/698;G01F1/86
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及流體流量測量領域，尤其是一種高精度的熱耗散式流量計及測量方法。特別適合于極早期火災報警中的氣流檢測。

背景技術

目前，基于金氏定律（King’s?Law）熱耗散式流量測量原理有兩種方法：

1、功率測量法

???保持發熱體與流體溫度差不變，通過測量加在發熱體上的功率，來測量流量。

2、溫差測量法

???保持加在發熱體上的功率不變，通過測量發熱體與流體溫度差，來測量流量。

以上兩種方法均需測量發熱體、流體之間溫度差，以消除流體溫度波動的影響。由于兩個溫度傳感器的線性度、安裝位置、引線長短都不一樣，在流體溫度變化較大的情況下，發熱體與流體之間的溫差會有一個波動范圍，導致一定的測量誤差。以美國專利號為4781065的發明為例，該發明采用兩只穩壓二極管作為傳感器來測量發熱體與流體溫度之間的差值，由于不同穩壓二極管之間的溫度系數不一樣，誤差會在20%以內；雖然在生產過程中，對兩只穩壓二極管進行了匹配篩選，但依然受流體溫度波動影響，無法實現高精度測量。而在極早期火災探測領域，需要測量多達25個區域的采樣空氣，每個區域一個采樣孔；原則上，如果有一個孔被灰塵堵塞，氣流檢測模塊應該能有效探測，才能防止火警漏報，但由于受氣流溫度以及管路流阻影響，探測相對精度只能達到20%—30%，我國國家標準GB15631-2008規定是50%，上述發明具有結構簡單、成本低的優點，測量結果也能達到國標要求，但仍不能滿足實際探測需要。

有的技術方案采用單片機(微處理器)對兩個溫度傳感器進行采樣處理，并校準，減少了誤差，提高了測量精度；如國內申請號為200710304552.1的發明，公開了一種熱耗散式質量流量計及質量流量測量方法，采用單片機對溫度進行查表計算；美國專利號為US?7162374B2的發明，公開了一種測量流體的設備及方法，也是采用微處理器測量并計算溫度。上述兩個發明由于要準確測量溫度值，實際生產過程中，需要校準，增加了生產成本。

發明內容

本發明的目的就是提供一種高精度流量計及測量方法，來解決上述問題。它不需要測量流體溫度，具有結構簡單，生產容易，成本低的特點。

本發明的技術方案如下。

一種高精度流量計，包括管道、測量電路，其特征在于：測量電路主要包括單片機、壓控功率單元、發熱傳感單元、信號放大單元、模擬/數字轉換單元；單片機與壓控功率單元連接，壓控功率單元與發熱傳感單元連接，發熱傳感單元與信號放大單元連接，信號放大單元與模擬/數字轉換單元連接，模擬/數字轉換單元與單片機連接。

上述發熱傳感單元受熱后，輸出與溫度相關的電參數，如輸出電壓，可以是穩壓二極管，如輸出電阻，可以是鉑電阻。

上述發熱傳感單元安裝在管道中，待測流體流經管道。

上述模擬/數字轉換單元可以集成在單片機中。

上述信號放大單元包括信號放大器、參考電壓調整模塊，參考電壓調整模塊與單片機連接，與信號放大器連接。

上述參考電壓調整模塊可以是數字/模擬轉換器，該數字/模擬轉換器可以集成在單片機中。

一種流量測量方法：單片機發出一控制信號，控制壓控功率單元，使其輸出功率P₁加在發熱傳感單元，電流為I₁、電壓為V₁，?經信號放大單元放大后輸入模擬/數字轉換單元，經過一段時間，發熱傳感單元與流體形成熱平衡，單片機讀取模擬/數字轉換單元的轉換結果；單片機依上述過程發出另一控制信號，加在發熱傳感單元的功率為P2，電流為I₂、電壓為V₂，單片機讀取轉換結果，單片機通過I₂、V₂、I₁、V₁計算出流體流量。

下面推導本發明用到的流量計量公式。

根據金氏定律，兩次測量流體帶走功率差為△H=（A+B×G^1/n）×△T;

兩次測量加在發熱體上的功率差△P_D=P₂-P₁=I₂×V₂-I₁×V₁；

達到熱平衡時，△P_D=△H；于是得出質量流量公式：

[公式1]?G=（△P_D?/（△T×B）-A/B）^n?，