[發明專利]一種低功耗浸入型熱式氣體流量測量方法及裝置

在審

• 申請號: 201610165918.0
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105784035A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 趙偉國;周浩杰;章圣意;黃朝川
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01F1/68
• 分類號: G01F1/68;G01F1/696
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 王佳健

技術領域

本發明屬于流體檢測技術領域，涉及一種低功耗浸入型熱式氣體流量測量方法及裝置。

背景技術

熱式氣體流量測量是一種新型的氣體流量測量方法，根據氣體熱傳導原理，流經熱式傳感器表面的氣體會帶走傳感器的部分熱量，通過氣體流量與熱式傳感器之間熱交換的關系即可測得氣體流量。熱式氣體流量計測量精度高，量程寬，靈敏性好，同時因為無可動部件，對氣體流場的影響小，壓力損失低，使用壽命長，因此逐漸被應用于石油化工，半導體加工，航空航天等領域。

目前，熱式氣體流量計按結構分可分為分布型結構和浸入型結構兩種。分布型熱式流量計由兩個溫度傳感器和一個加熱器組成，一般被置于管道內壁面或旁路管道中，能量消耗低，用于測量低流速氣體流量。浸入型熱式流量計把傳感器置于管道中心，用于測量中高流速的氣體流量，其中傳感器包括一個測溫探頭和一個測速探頭，測溫探頭用于補償環境溫度，測速探頭用于測量氣體流量。浸入型熱式氣體流量計測量量程寬，實用性好，但是能量消耗大。現在，浸入式熱式氣體流量計或者采用直流電源供電，或者電池供電，但是直流電源供電不方便，使用電池供電則需要經常更換，使用成本高，因此設計一種低功耗浸入型熱式氣體流量測量方法和裝置具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種低功耗浸入型熱式氣體流量測量方法和裝置，采用合適占空比和輸出頻率的PWM控制電源輸出，使裝置間斷性處于工作狀態和休眠狀態的方式，實現裝置的低功耗測量，延長電池的使用時間。

本發明解決技術問題所采取的技術方案為：

本發明的測量方法是通過單片機產生PWM，控制電源輸出電路的導通與截止。當電源導通時，裝置處于工作狀態，完成氣體流量信號的采集、轉換、處理和顯示；當電源截止時，裝置處于休眠狀態，通過PWM使裝置不斷處于工作狀態和休眠狀態。本裝置中傳感器具有動態響應特點，根據傳感器完成一次信號轉換需要的時間和單片機采集信號的時間確定PWM的占空比和輸出頻率，減少裝置在工作狀態的時間，增加休眠狀態時間，降低裝置的能源消耗。本測量方法用PWM控制電源輸出時間的方式替代持續供電和間歇供電，使裝置工作時間最短，功耗最低，可以有效延長電池使用時間。

本發明由電池提供7.2V電源，通過降壓轉換電路轉為3V給單片機、信號處理電路和傳感器電路的芯片供電，通過開關穩壓電路給傳感器電路6V供電，傳感器電路產生的電壓信號由信號處理電路處理后連接到單片機的AD輸入端，通過單片機軟件分析處理后將氣體流量值輸出到顯示屏LCD上。在單片機的I/O口輸出一個一定占空比的PWM，連接到開關穩壓電路、傳感器電路和信號處理電路的芯片上，控制電路輸出和截止。

所述傳感器電路由溫度傳感器鉑熱電阻，電阻，精密電阻，PNP三極管和運算放大器組成。

所述信號處理電路包括信號減法電路，信號放大電路和信號濾波電路三個部分。

所述軟件處理指用C語言編程，將輸入電壓信號模數轉化，根據氣體流量與電壓關系式得到氣體流量值。

本發明根據浸入型熱式氣體流量計特點設計測量電路，用PWM控制電源輸出使裝置間斷測量的方式代替裝置持續測量，有效降低了熱式氣體流量計的使用功耗，擴大了流量計使用范圍和應用領域。

附圖說明

圖1是低功耗浸入型熱式氣體流量測量裝置結構原理圖；

圖2是低功耗浸入型熱式氣體流量測量裝置具體電路圖；

圖3是PWM供電模式下傳感器電路輸出信號曲線圖。

具體實施方式

以下結合附圖進一步說明本發明。