[发明专利]单传感器热式气体流量测量方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种单传感器热式气体流量测量方法及其装置。

背景技术

热式气体流量计是基于早期热线风速计的基础上发展起来的一种新型气体流量检测仪表，具有压损低，流量范围大，精度高，无可动部件及低流量测量等优点，已广泛应用于航空、航天、能源、医学、汽车工业以及天然气管道运输等行业。它的基本原理是基于加热传感元件的对流传热。当有气体流过加热元件表面时，会带走一部分热量，引起电阻阻值的变化，这个变化量与气体的流量和温度有关。目前，热式气体流量计按照传感器的电路工作模式分为恒流式和恒温式。恒温式测量电路具有易于使用，频带宽，低噪声等优点，在实际应用中非常广泛。

恒温热式流量计一般采用两金属铂电阻，分布在一个惠斯顿电桥的两臂，分别用于测量流体的温度(温度传感器)与流体的速度(流量传感器)。测量电路中通过运算放大器形成负反馈，保证流量传感器的工作温度恒定。温度传感器用于测量流体的温度，实现对流量测量的温度补偿。由于温度补偿电阻的非线性以及电阻之间的差异，导致电路调试过程比较复杂，在一定程度上影响了测量的精度。虽然国外提出了基于单传感器的温度补偿方法，但是测量过程需要切换电桥桥臂的电阻，电路比较复杂，而且运放的偏置电压对测量结果有一定的影响，导致测量误差较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种单传感器热式气体流量测量方法及其装置，以提高测量精度，降低生产成本。

本发明的单传感器热式气体流量测量方法，其特征在于，采用单一铂电阻PT20作为测量元件，通过控制铂电阻PT20工作在两个不同的设定温度，并测出两个不同设定工作温度下铂电阻的输出电压，按式(1)计算出气体的流量q，

q=[U12/Rw1-U22/Rw2B(Tw1-Tw2)-AB]2---(1)]]>

式中，R_w1为铂电阻在温度T_w1下的电阻值，R_w2为铂电阻在温度T_w2下的电阻值，U₁和U₂分别为铂电阻在温度T_w1和T_w2下的输出电压，A、B分别为常数。

实现上述单传感器热式气体流量测量方法的装置，包括由电阻和铂电阻PT20连接成分压电路构成的传感器、放大器、低通滤波器、单片机和电压可控供电电路，传感器的输出电压信号v经放大器放大后与低通滤波器的输入端相连，低通滤波器的输出端与单片机的AD采样接口相连，单片机的PWM端口与电压可控供电电路的输入端相连，电压可控供电电路的输出端与传感器的输入端相连。

本发明的有益效果在于：

本发明结构简单，采用单一铂电阻PT20作为测量元件，设计了气体流量测量电路，在无额外补偿电阻的情况下，通过控制铂电阻工作在两个不同的设定温度，由两个不同设定工作温度下铂电阻的输出电压计算出气体的流量，消去了气体温度对流量测量的影响，提高了测量精度，减低了生产成本。实验表明，采用本发明测量气体流量精度可达1％，流量量程比近100∶1。