[发明专利]一种分析氧气浓度和流速的装置及其分析方法

权利要求书

1.一种分析氧气浓度和流速的装置，包括传感器单元及信号处理控制电路，其特征在于：所述传感器单元(1)包括两端分别安装有电路板的容器(2)，容器(2)内开设有圆柱形的容器内腔(12)，其两端口的轴向截面为梯形，在容器(2)内沿容器内腔(12)外部的圆周方向分别设置有入口外腔(11)及出口外腔(3)，入口外腔(11)及出口外腔(3)的彼此相邻端为封闭端，另一端通过容器内腔(12)相连通；容器(2)上分别开有入气口(9)及出气口(10)，分别与入口外腔(11)及出口外腔(3)相连通；两块电路板上分别安装有超声波换能器，两个超声波换能器对称设置在容器内腔(12)的两端口；其中任意一个超声波换能器上通过长管腿引线(13)设有温度传感器(8)，温度传感器(8)插设于容器内腔(12)内；两个超声波换能器分别与信号处理控制电路电连接。

2.按权利要求1所述的分析氧气浓度和流速的装置，其特征在于：所述超声波换能器插设于容器内腔(12)内，在超声波换能器与容器内腔(12)的端口内壁之间留有供气体通过的缝隙。

3.按权利要求1所述的分析氧气浓度和流速的装置，其特征在于：所述容器(2)为圆柱形。

4.按权利要求1所述的分析氧气浓度和流速的装置，其特征在于：所述超声波换能器为圆柱形，固接于电路板的内表面；带有温度传感器(8)的电路板设有四个引腿，另一个设有两个引腿。

5.按权利要求1所述的分析氧气浓度和流速的装置，其特征在于：所述电路板上开有定位槽(14)，容器(2)端面上的凸块(16)容置于其内。

6.按权利要求1所述的分析氧气浓度和流速的装置，其特征在于：所述容器(2)的长度为11厘米。

7.按权利要求1所述的分析氧气浓度和流速的装置，其特征在于：所述容器(2)两端的电路板与容器(2)密封连接。

8.一种按权利要求1所述分析氧气浓度和流速装置的分析方法，其特征在于：用与信号处理控制电路相连接的发射单元控制其中一个超声波换能器发射超声波，另外一个超声波换能器接收，用信号处理控制电路上的切换网络切换控制超声波换能器的发射与接收，同时用温度传感器测量出该时刻氧气的温度T，接收单元将信号送至微处理器，得到超声波在被测氧气中相对于气体流向的正向传导时间t_f及反向传导时间t_r；再通过函数关系计算出被测氧气的浓度P和流速Q；

其中：所述被测氧气浓度的计算式为：其中：C1、C2、C 3为传感器单元的常数，T为被测氧气的温度；所述被测氧气流速的计算式为：Q＝ABS(C4(t_f-t_r))+C5，其中：C4、C5为传感器单元的常数。

9.按权利要求8所述的分析方法，其特征在于：所述信号处理控制电路上的微控制器每隔一秒通过发射单元经切换网络给其中一个超声波换能器一个100us窄脉冲激励，同时启动微控制器以12MHz频率的时钟源做计数单元的时钟源，启动计数功能。

10.按权利要求8所述的分析方法，其特征在于：分析控制程序流程为：

首先由微处理器控制发射单元给激励信号，同时启动计时器，切换网络将激励信号送给第一超声波换能器、发出超声波，第二超声波换能器接收到信号后由切换网络送到接收单元进行放大、滤波后送到微处理器，记下当前累计记数，即为正向传导时间t_f；然后微处理器再控制发射单元，切换网络将激励信号送给第二超声波换能器、发出超声波，第一超声波换能器接收到信号后由切换网络送到接收单元进行放大、滤波后送到微处理器，记下当前累计记数，即为反向传导时间t_r；同时，温度传感器将测量出的气体温度送到微处理器；微处理器将获得数据计算出被测氧气的浓度和流速。