热式气体质量流量计的原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——热式气体质量流量计。该专利由山东贝特智联表计股份有限公司申请，并于2018年10月12日获得授权公告。

内容说明

本发明涉及一种流量计，具体说是一种热式气体质量流量计。

发明背景

流量测量作为一项复杂的技术，已应用在环境条件不同的各种场合。因此，在选用流量测试方法时除要适应所使用的条件之外，还要考虑准确度等级、流量范围、抗干扰性、压力损失、耐腐蚀和防爆等级等因素。

热式流量计是基于加热传感元件的对流传热的原理，是直接式质量流量计，主要应用于气体质量流量测量，具有压损低、流量量程范围大、精度高、重复性高、无可动部件等优点，其广泛应用于航空、航天、能源、医学、汽车工业、电厂以及管道运输等领域。

现有的热式气体质量流量计主要存在以下技术缺陷： 1）响应速度慢；2）量程比小； 3）反应时间长，通常需要4-5秒；4）无法进行标定，没办法保证精度；信号出来时曲线通常要用音速喷嘴装置标定30多个流量点还无法保证精度。

发明内容

本发明就是为了解决现有热式气体质量流量计响应速度慢、量程比小、反应时间长、精度低的技术问题，提供一种响应速度快、量程比大、反应时间短、精度高的热式气体质量流量计。

本发明的技术方案是，提供一种热式气体质量流量计，包括测量杆，测量杆上设有传感器，传感器包括衬底，衬底上设有长方形测温薄膜和L形加热薄膜，长方形测温薄膜位于L形加热薄膜的内侧；衬底上除长方形测温薄膜和L形加热薄膜的其它位置设有隔热层；

热式气体质量流量计还包括信号处理模块，信号处理模块与传感器连接，信号处理模块用于将传感器输出的信号进行放大和转换；信号处理模块包括桥路电路和信号转换电路；

桥路电路包括OP177运算放大器、MPSAO5三极管、第一电阻、第二电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、3296电位器，第一电阻、第二电阻、3296电位器、第四电阻和长方形测温薄膜依次串联后接地，OP177运算放大器的正相输入端与3296电位器连接，MPSAO5三极管的集电极与第一电阻连接；MPSAO5三极管的发射极与第六电阻的一端连接，第六电阻的另一端与L形加热薄膜的一端连接，L形加热薄膜的另一端接地；第六电阻和L形加热薄膜之间的节点与OP177运算放大器的反相输入端连接；第一电阻和第二电阻之间的节点与MPSAO5三极管的发射极连接，MPSAO5三极管的基极通过第七电阻与OP177运算放大器的输出端连接，第八电阻连接于OP177运算放大器的输出端与反相输入端之间，第一电阻和第二电阻之间的节点与第五电阻的一端连接，第五电阻的另一端与第九电阻的一端连接，第九电阻的另一端接地；

信号转换电路包括仪表放大器芯片AD620、第一运算乘法器芯片AD633、第二运算乘法器芯片AD633、A/D转换芯片AD7705BR、MSP430芯片和第十二电阻，第五电阻和第九电阻之间的节点与仪表放大器芯片AD620的第3管脚连接，仪表放大器芯片AD620的第6管脚与第一运算乘法器芯片AD633的第1管脚连接，第一运算乘法器芯片AD633的第5管脚与第二运算乘法器芯片AD633的第1管脚连接，第二运算乘法器芯片AD633的第5管脚通过第十二电阻与A/D转换芯片AD7705BR的第6管脚连接，A/D转换芯片AD7705BR的第13管脚与MSP430芯片的P5 .1管脚连接。

本发明的有益效果是，响应速度快、灵敏度非常高，精度高，流量下限极低，在0 .01m/s情况下就开始计量，流量上限可以到28m/s，量程比能达到1比2800；可动部件小，体积小，压损小。