[实用新型]半导体流速测量仪

说明书

本实用新型涉及一种测量流体流速的装置。

现有流速测量装置中，传统的皮托管流速测量仪精度差，响应速度慢，重复性不好；激光、雷达多普勒流速计体积过大，价格昂贵；螺旋桨测速仪易受水中杂物的影响，稳定性也较差；而热丝法测速仅适于低速和实验室应用。从WO91/03739号专利文件中阐述的“管道和隧道流速测量仪”看，它也是利用差压原理测量的，它用2个盘形元件和一个附加的压力管作为传感器的感受元件，使该流速仪结构过于复杂，量值不稳定。此外，目前使用的测速仪大多为指计式和刻度式，不便于储存信息和进行数据处理，很不适应化工、医药、航运、水文观测、流体力学实验、流量测量、水上体育运动项目的急需。

本实用新型的目的是针对一般流速仪存在的诸多不足，利用现代高科技提供的小型和微型半导体压阻元件，旨在提供一种新型半导体流速测量仪。

本实用新型的技术方案是：一种测量流体流速的装置，由传感器1、支管2、单片机4等组成，其流速传感器1为压阻式半导体差压传感器，传感器1和单片机4之间用电缆3相连接，单片机4中IC2信号放大电路直联到IC3模数(A/0)转换电路，IC3的输出端与液晶显示的驱动芯片和打印机驱动电路相连。也可按需要安装智能控制输入、输出电路，本实用新型中电缆3为屏蔽电缆。

下面参照附图，详述本实用新型的内容。

图1本实用新型结构示意图

图2本实用新型流速传感器电路原理图

图3本实用新型单片机方框图：5为传感器输入接口，6为信号放大电路，7为

模数(A/D)转换电路，3为显示和打印电路

图4本实用新型单片机电路原理图

参照附图，流速传感器1为压阻式半导体差压传感器，它以单晶硅为基体，在特定晶面，用集成电路工艺技术扩散四个等值应变电阻组成惠斯登电桥(即图2中4个R组成的电桥)，当流体(液体、气体均可)静止时，传感器1不受动压作用，电桥处于平衡状态，传感器输出电压V0为零：当流体运动时，传感器1在流速方向就感受到一个动压作用，使得一对桥臂电阻变大为(R＋ΔR)，另一对变小为(R－ΔR)，电桥失去平衡，传感器输出电压就为一个不为零的V0。根据流体力学原理和伯努利方程，流体的动压与流速的平方成正比，所以，只要对传感器1输出的信号V0(即流体的动压参量)进行检测，就可准确地测出流体的速度。

本实用新型装置具体的检测过程是这样的：单片机4开机后，通过电缆3供给传感器1一个电压Vg，传感器1处于工作状态，当流体处于静止状态时，传感器1的输出V0为零，单片机4的显示屏上流速的读数也为零：当流体流动时，这时传感器1上就输出一个不为零的电压V0，V0经过电缆3传输至单片机4，按图3方框图所示，经过信号放大、模数转换，直接在显示屏上显示出流速的数值读数。

图4中，CPU(80C31)为中央处理机，RAM(62256)为随机存取存储器。IC1、C2、组成负电压转换电路。IC为CMOS电压转换芯片，当C1＝C2＝C时，电路输出阳抗由而定。这里f＝5KHZ。因此，输出阳抗由C值唯一确定。该电路用于为运放IC2(7650)提供负电源，还经R10、R11到A/D器件IC3(7109)的INLO引脚作为模拟信号低端输入。

IC2为斩波稳零运算放大器，该芯片含主放大器A1和校零放大器A2、C3和C1为存贮电容。在内部时钟控制下，采样和校零不断交替进行，C3和C4各自存放A2的信号输出电压和误差电压，分别送给主放大器A1、和校零放大器A2的校零输入端，使失调电压及温漂极小，共模抑制比很大，达到有效放大传感器输出信号的目的。该电路为同相放大电路，传感器的输出信号与a1连接，传感器地与a3连接，经放大电路放大后，输出到IC3的模拟信号高端输入INHI。

IC3为双积分式A/D转换芯片，将IC3的MODE脚接地，使其工作于直接输出工作方式。将RUN/HOLD接+5V，这样IC3可进行连续转换，将STATUS线与CPU芯片的INTO相连，每完成一次转换便向CPU发送一次中断请求信号，并通过IC4芯片Y6、Y7脚输入IC3的HBEN、LBEN脚，作输出的输助选通信号。IC3将传感器1输入的模拟信号转化为数字信号并经80C31处理后，通过B1B2B3B4送入液晶显示的驱动芯片，完成液晶显示。存贮器RAM与CPU的总线口相连，完成数据存储功能。

图4中，IC4(138)为译码芯片，OSC为石英晶振，C6、R13分别为集成电容和集成电阻，C8为参考电容，电位器R7用于调节参考电压，电位器R12用于零点调整。