[发明专利]一种高精度流量计及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及流体流量测量领域，尤其是一种高精度的热耗散式流量计及测量方法。特别适合于极早期火灾报警中的气流检测。

背景技术

目前，基于金氏定律（King’s Law）热耗散式流量测量原理有两种方法：

1、功率测量法

   保持发热体与流体温度差不变，通过测量加在发热体上的功率，来测量流量。

2、温差测量法

   保持加在发热体上的功率不变，通过测量发热体与流体温度差，来测量流量。

以上两种方法均需测量发热体、流体之间温度差，以消除流体温度波动的影响。由于两个温度传感器的线性度、安装位置、引线长短都不一样，在流体温度变化较大的情况下，发热体与流体之间的温差会有一个波动范围，导致一定的测量误差。以美国专利号为4781065的发明为例，该发明采用两只稳压二极管作为传感器来测量发热体与流体温度之间的差值，由于不同稳压二极管之间的温度系数不一样，误差会在20%以内；虽然在生产过程中，对两只稳压二极管进行了匹配筛选，但依然受流体温度波动影响，无法实现高精度测量。而在极早期火灾探测领域，需要测量多达25个区域的采样空气，每个区域一个采样孔；原则上，如果有一个孔被灰尘堵塞，气流检测模块应该能有效探测，才能防止火警漏报，但由于受气流温度以及管路流阻影响，探测相对精度只能达到20%—30%，我国国家标准GB15631-2008规定是50%，上述发明具有结构简单、成本低的优点，测量结果也能达到国标要求，但仍不能满足实际探测需要。

有的技术方案采用单片机(微处理器)对两个温度传感器进行采样处理，并校准，减少了误差，提高了测量精度；如国内申请号为200710304552.1的发明，公开了一种热耗散式质量流量计及质量流量测量方法，采用单片机对温度进行查表计算；美国专利号为US 7162374B2的发明，公开了一种测量流体的设备及方法，也是采用微处理器测量并计算温度。上述两个发明由于要准确测量温度值，实际生产过程中，需要校准，增加了生产成本。

发明内容

本发明的目的就是提供一种高精度流量计及测量方法，来解决上述问题。它不需要测量流体温度，具有结构简单，生产容易，成本低的特点。

本发明的技术方案如下。

一种高精度流量计，包括管道、测量电路，其特征在于：测量电路主要包括单片机、压控功率单元、发热传感单元、信号放大单元、模拟/数字转换单元；单片机与压控功率单元连接，压控功率单元与发热传感单元连接，发热传感单元与信号放大单元连接，信号放大单元与模拟/数字转换单元连接，模拟/数字转换单元与单片机连接。

上述发热传感单元受热后，输出与温度相关的电参数，如输出电压，可以是稳压二极管，如输出电阻，可以是铂电阻。

上述发热传感单元安装在管道中，待测流体流经管道。

上述模拟/数字转换单元可以集成在单片机中。

上述信号放大单元包括信号放大器、参考电压调整模块，参考电压调整模块与单片机连接，与信号放大器连接。

上述参考电压调整模块可以是数字/模拟转换器，该数字/模拟转换器可以集成在单片机中。

一种流量测量方法：单片机发出一控制信号，控制压控功率单元，使其输出功率P₁加在发热传感单元，电流为I₁、电压为V₁， 经信号放大单元放大后输入模拟/数字转换单元，经过一段时间，发热传感单元与流体形成热平衡，单片机读取模拟/数字转换单元的转换结果；单片机依上述过程发出另一控制信号，加在发热传感单元的功率为P2，电流为I₂、电压为V₂，单片机读取转换结果，单片机通过I₂、V₂、I₁、V₁计算出流体流量。

下面推导本发明用到的流量计量公式。

根据金氏定律，两次测量流体带走功率差为△H=（A+B×G^1/n）×△T;

两次测量加在发热体上的功率差△P_D=P₂-P₁=I₂×V₂-I₁×V₁；

达到热平衡时，△P_D=△H；于是得出质量流量公式：

[公式1] G=（△P_D /（△T×B）-A/B）ⁿ ，