[發明專利]一種高精度氣體微壓差表

有效

• 申請號: 202011069208.0
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112254870B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 張進
• 申請（專利權）人: 武漢德塞儀器儀表科技有限公司
• 主分類號: G01L13/00
• 分類號: G01L13/00;G01L19/04
• 代理公司: 武漢紅觀專利代理事務所(普通合伙) 42247
• 代理人: 張文俊

1.一種高精度氣體微壓差表，其特征在于，包括氣體微壓差測量裝置(10)、單片機、超聲波發射驅動模塊、第一選通開關、超聲換能器A、超聲換能器B、超聲換能器C、第二選通開關、放大器、過零電平檢測模塊、溫度檢測模塊、計時門、晶振時標及與門，超聲換能器A、超聲換能器B及超聲換能器C均為自發自收式且完全相同；

氣體微壓差測量裝置(10)包括長方體型的容器底座(101)及兩個完全相同的導管(102)，兩個導管(102)均固定于容器底座(101)的上表面且均垂直于容器底座(101)，兩個導管(102)的下端均與容器底座(101)連通，容器底座(101)及兩個導管(102)內均注入純水，超聲換能器A安裝于容器底座(101)的側面，超聲換能器B及超聲換能器C均安裝于容器底座(101)的下表面，超聲換能器B及超聲換能器C分別正對兩個導管(102)；

單片機依次經超聲波發射驅動模塊、第一選通開關分別連接超聲換能器A、超聲換能器B及超聲換能器C的輸入端，超聲換能器A、超聲換能器B及超聲換能器C的輸出端均依次經第二選通開關、放大器、過零電平檢測模塊、計時門連接與門的第一輸入端，晶振時標連接與門的第二輸入端，與門的輸出端連接單片機，單片機還分別連接第一選通開關及第二選通開關的控制端；

單片機用于發出超聲波發射控制信號至超聲波發射驅動模塊，計時門用于產生開關門信號，過零電平檢測模塊用于對接收到的超聲波回波信號進行過零檢測并輸出一正方波以控制所述開關門信號的寬度，所述開關門信號的起點為所述超聲波發射控制信號的發出時刻，所述開關門信號的終點為超聲波回波信號的過零檢測時刻，晶振時標用于產生頻率已知的高頻晶振時標脈沖，單片機還用于對通過所述開關門信號的高頻晶振時標脈沖的個數進行計數，計算通過所述開關門信號的高頻晶振時標脈沖的總時間，根據容器底座(101)的長度及所述總時間計算氣體微壓差；

晶振時標產生頻率已知的高頻晶振時標脈沖，與門用于對高頻晶振時標脈沖與開關門信號相與，則與門輸出的信號中僅包括在開關門信號為高電平的這一段時間內的高頻晶振時標脈沖，單片機通過計數這段時間內的脈沖個數，然后與每個高頻晶振時標脈沖的持續時間相乘便可得到計時門的開關門信號的高電平持續時間，即為單片機需要計算的總時間；

放大器包括NPN三極管Q1～Q2、電阻R1～R5、正電源+VCC及負電源-VEE；

正電源+VCC經電阻R1連接三極管Q1的集電極，正電源+VCC還經電阻R2連接三極管Q2的集電極，三極管Q1的發射極連接三極管Q2的發射極，三極管Q1的發射極與三極管Q2的發射極的公共端經電阻R5連接負電源-VEE，放大前的超聲波回波信號經差分轉換后分別經電阻R3輸入三極管Q1的基極、經電阻R4輸入三極管Q2的基極，三極管Q1及三極管Q2的集電極輸出放大后的超聲波回波信號；

放大器還包括NPN三極管Q3、穩壓二極管D1及電阻R6，三極管Q3接入三極管Q1發射極、三極管Q2發射極的公共端與電阻R5之間，三極管Q1發射極、三極管Q2發射極的公共端連接三極管Q3的集電極，正電源+VCC還依次經電阻R6、穩壓二極管D1連接負電源-VEE，電阻R6與穩壓二極管D1的公共端連接三極管Q3的基極；

放大器還包括穩壓二極管D2，穩壓二極管D2與穩壓二極管D1串聯，穩壓二極管D2的穩壓值大于7V，穩壓二極管D1的穩壓值小于4V；

溫度檢測模塊的輸出端連接單片機，放大器還包括多個并聯的穩壓二極管支路及多個受控開關，每個穩壓二極管支路均由穩壓二極管D1與穩壓二極管D2串聯構成，所有穩壓二極管支路的中點兩兩之間接有一個受控開關，所有受控開關的控制端連接單片機，單片機還用于根據溫度檢測模塊的輸出控制受控開關的斷開與閉合，以使任意穩壓二極管D1與穩壓二極管D2的穩壓值之和恒定。

2.如權利要求1所述的高精度氣體微壓差表，其特征在于，所述總時間為多次測量后的平均值。

3.如權利要求2所述的高精度氣體微壓差表，其特征在于，所述開關門信號的起點與所述高頻晶振時標脈沖的起點之間隨機。

4.如權利要求1所述的高精度氣體微壓差表，其特征在于，過零電平檢測模塊用于對所述超聲波回波信號的次波進行過零檢測。

5.如權利要求4所述的高精度氣體微壓差表，其特征在于，過零電平檢測模塊包括施密特觸發器及施密特過零電平檢測器，過零電平檢測模塊用于檢測所述超聲波回波信號的首波，施密特過零電平檢測器用于檢測與所述首波最鄰近的次波的過零電平的到達時刻。