本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于MSP430的多傳感器熱式氣體流量測量電路，適用于新型的低功耗熱式氣體質(zhì)量流量檢測儀表。本發(fā)明專利技術(shù)以組合熱膜探頭作為氣體流量傳感器，測量電路主要由四個部分組成，分別是反饋電路、四路傳感元件連接而成的電橋傳感器、電壓轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)。本發(fā)明專利技術(shù)通過結(jié)合測量管道內(nèi)流場分布的特點，采用多傳感器融合算法，消除了測量中的介質(zhì)溫度和流場分布不規(guī)則對測量結(jié)果的影響，實現(xiàn)溫度的完全補(bǔ)償，進(jìn)而提高了測量精度；信號處理電路采用了集成芯片，有效減小了噪聲干擾；利用此測量電路可以減小了直管段的長度，具有高精度高量程比的優(yōu)點。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于流體檢測
，涉及一種基于MSP430的多傳感器熱式氣體流量測量電路，適用于新型的低功耗熱式氣體質(zhì)量流量檢測儀表。
技術(shù)介紹
熱式氣體流量計是一種基于加熱傳感元件對流傳熱原理，直接式質(zhì)量流量計，主要應(yīng)用于氣體質(zhì)量流量的測量。該儀表具有壓損小，無可動部件，高精度，寬量程比，高重復(fù)性和高可靠性，能夠?qū)O低流速進(jìn)行檢測和控制等優(yōu)點。因而廣泛應(yīng)用于航天、航空、醫(yī)學(xué)、能源、環(huán)保、汽車工業(yè)、電廠以及氣體管道運輸?shù)刃袠I(yè)。它的基本原理是在測量氣體管道中放置由電流加熱的發(fā)熱元件，當(dāng)氣體流動時將會從發(fā)熱元件上帶走部分熱量使得發(fā)熱元件被冷卻，其阻值隨著氣體流速的變化而發(fā)生變化。在電路中，阻值的變化反映了電流的變化。因此，通過對氣體流速與電流建立的函數(shù)關(guān)系就可以實現(xiàn)對管道內(nèi)氣體流量的測量。 在大中型管道的傳輸中，測量管道內(nèi)復(fù)雜的氣體流場分布對測量結(jié)果會產(chǎn)生一定的影響，另外，為了使流場分布更加充分發(fā)展，檢測儀表對表前直管段要求很高。針對上述問題，采用多傳感器多路測量能有效解決該問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種熱式氣體流量測量電路。本專利技術(shù)解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為 本專利技術(shù)以組合熱膜探頭作為氣體流量傳感器，測量電路主要由四個部分組成，分別是反饋電路、四路傳感元件連接而成的電橋傳感器、電壓轉(zhuǎn)換電路和微處理器模塊。反饋電路由運算放大器、限流電阻和三極管連接而成，電橋電路是由精密電阻、測溫電阻和速度探頭電阻連接的電橋電路，傳感器的輸出電壓信號接入電壓轉(zhuǎn)換電路的差分模擬輸入端，單片機(jī)的IO端口與AD芯片的接口相連。本專利技術(shù)通過結(jié)合測量氣體管道內(nèi)流場分布的特點，采用多傳感器融合算法，消除了測量中的介質(zhì)溫度和流場分布不規(guī)則對測量結(jié)果的影響，實現(xiàn)溫度的完全補(bǔ)償，進(jìn)而提高了測量精度；信號處理電路采用了集成芯片，有效減小了噪聲干擾；利用此測量電路的流量計測量減小了直管段的長度，具有高精度、高量程比的優(yōu)點。本專利技術(shù)的測量元件結(jié)合反饋電路，采用功率消耗測量法測量管道氣體的質(zhì)量流量。控制部分采用超低功耗的MSP430單片機(jī)，可以有效降低系統(tǒng)功耗。實驗表明，使用本專利技術(shù)設(shè)計的氣體流量計，其測量流量精度優(yōu)于O. 8%FS，流量量程比可達(dá)120 :1，重復(fù)性小于1%。附圖說明圖I是本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意 圖2是本專利技術(shù)的具體電路實例。具體實施例方式以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本專利技術(shù)。如圖I所示，本專利技術(shù)包括反饋電路I、由組合熱膜探頭及精密電阻連接成電橋構(gòu)成的四路傳感器2、由片外AD組成的電壓轉(zhuǎn)換電路3和單片機(jī)4。當(dāng)四路傳感器中電橋電路處于不平衡狀態(tài)時，四路傳感器與反饋電路信號連接，四路傳感器的輸出端與電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入端信號連接，電壓轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)信號連接；四路傳感器的輸出作為反饋電路的輸入，反饋電路的輸出作為四路傳感器的電源輸入，將四路傳感器的輸出電壓信號V接入電壓轉(zhuǎn)換電路，通過單片機(jī)的軟件編程驅(qū)動AD芯片采集并轉(zhuǎn)換傳感器的輸出電壓信號V。圖2是本專利技術(shù)的具體電路實例，圖例中，反饋電路由4個MJD122、4個限流電阻和一片LM324芯片組成。四個三極管MJD122的集電極連接+12V電源。第一三極管Ql的基極與第一限流電阻RU的一端相連，發(fā)射極與第一電橋A的電源輸入端連接，第一限流電阻Rll的另一端連接第一放大器U4A的第I腳。第二三極管Q2的基極與第二限流電阻R12的一端連接，發(fā)射極與第二電橋B的電源輸入端連接，第二限流電阻R12的另一端連接第二放·電橋C的電源輸入端連接，第三限流電阻R13的另一端連接第三放大器U4C的第8腳。第四三極管Q4的基極與第四限流電阻R14的一端相連，發(fā)射極與第四電橋D的電源輸入端連接，第四限流電阻R14的另一端連接第四放大器U4D的第14腳。第一放大器U4A的第3腳與第一電橋A中第一速度探頭電阻Rhl的一端、第一精密電阻Rl的一端、第一 AD芯片Ul的第6腳相連,第2腳與第一電橋A中第一測溫電阻Rtl的一端、第二精密電阻R2的一端連接。第二放大器U4B的第5腳與第二電橋B中第二速度探頭電阻Rh2的一端、第三精密電阻R3的一端、第一 AD芯片Ul的第7腳相連，第6腳與第二電橋B中第二測溫電阻Rt2的一端、第四精密電阻R4的一端相連。第三放大器U4C的第10腳與第三電橋C中第三速度探頭電阻Rh3的一端、第五精密電阻R5的一端、第二 AD芯片U2的第6腳相連,第9腳與第三電橋C中第三測溫電阻Rt3的一端、第六精密電阻R6的一端相連。第四放大器U4D的第12腳與第四電橋D中第四速度探頭電阻Rh4的一端、第七精密電阻R7的一端、第二 AD芯片U2的第7腳相連，第13腳與第四電橋D中第四測溫電阻Rt4的一端、第八精密電阻R8的一端相連。電橋A中第一測溫電阻Rtl的另一端、第一速度探頭電阻Rhl的另一端作為第一電橋A的電源輸入端，第二測溫電阻Rt2的另一端、第二速度探頭電阻Rh2的另一端作為第二電橋B的電源輸入端，第三測溫電阻Rt3的另一端、第三速度探頭電阻Rh3的另一端作為第三電橋C的電源輸入端，第四測溫電阻Rt4的另一端、第四速度探頭電阻Rh4的另一端作為第四電橋D的電源輸入端；第一精密電阻Rl的另一端與第二精密電阻R2的另一端連接并接地，第三精密電阻R3的另一端與第四精密電阻R4的另一端連接并接地，第五精密電阻R5的另一端與第六精密電阻R6的另一端連接并接地，第七精密電阻R7的另一端與第八精密電阻8的另一端連接并接地。電壓轉(zhuǎn)換電路中第一 AD芯片Ul和第二 AD芯片U2均采用AD7705芯片，該芯片具有高精度、低噪聲等優(yōu)點。第一 AD芯片Ul的第8腳接地，第11腳接地，第9腳接入2. 5V的基準(zhǔn)電壓，第10腳接地，第2腳與第一晶振Π的一端和第一電容C12的一端相連,第一電容C12的另一端與第二電容C13的一端連接并接地連接，第3腳接第一晶振Yl的另一端和第二電容C13的另一端相連；第4腳與單片機(jī)U3的P2.4腳相連；第5腳接第三電容C2的一端和第一電阻R9的一端相連,第一電阻R9的另一端連接VDD,第三電容C2的另一端與地相連，第I腳與單片機(jī)U3的Pl. 3腳相連；第14腳與單片機(jī)U3的Pl. 2腳相連；第13腳與單片機(jī)U3的Pl. I腳相連；第12腳與單片機(jī)U3的Pl. O腳相連；第15腳分別與第四電容Cl的一端和第九電容⑶I的一端連接并連接VDD，第四電容Cl的另一端與第九電容⑶I的另一端、第16腳相連并接地。第二 AD芯片U2的第8腳接地，第11腳接地，第9腳接入2.5V的基準(zhǔn)電壓,第10腳接地，第2腳與第二晶振Y2的一端和第五電容C14的一端相連，第五電容C14的另一端和第六電容C15的一端連接并接地連接，第3腳接第二晶振Y2的另一端和第六電容C15的另一端相連；第4腳與單片機(jī)U3的P2. 5腳相連;第5腳接第七電容C4的一端和第二電阻RlO的一端相連，第二電阻RlO的另一端連接VDD，第七電容C4的另一端接地連接，第I腳與單片機(jī)U3的P2. O腳相連；第14腳與單片機(jī)U3的P2. I腳相連； 第13腳與單片機(jī)U3的P2. 2腳相連；第12腳與單片機(jī)U3的P2. 3腳相連；第15腳分別與第八電容C3的一端和第十電容CD2的一端連接并接VDD，第八電容C3的另一端與第十電容CD2的另一端、第本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
基于MSP430的多傳感器熱式氣體流量測量電路，其特征在于：包括反饋電路、由組合熱膜探頭及精密電阻連接成電橋構(gòu)成的四路傳感器、由片外AD組成的電壓轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)；反饋電路包括第一三極管Q1、第二三極管Q2、第三三極管Q3、第四三極管Q4、第一限流電阻R11、第二限流電阻R12、第三限流電阻R13、第四限流電阻R14和一片LM324芯片；第一三極管Q1、第二三極管Q2、第三三極管Q3、第四三極管Q4的集電極均連接+12V電源，第一三極管Q1的基極與第一限流電阻R11的一端相連，發(fā)射極與第一電橋A的電源輸入端連接，第一限流電阻R11的另一端連接第一放大器U4A的第1腳；第二三極管Q2的基極與第二限流電阻R12的一端連接，發(fā)射極與第二電橋B的電源輸入端連接，第二限流電阻R12的另一端連接第二放大器U4B的第7腳；第三三極管Q3的基極與第三限流電阻R13的一端相連，發(fā)射極與第三電橋C的電源輸入端連接，第三限流電阻R13的另一端連接第三放大器U4C的第8腳；第四三極管Q4的基極與第四限流電阻R14的一端相連，發(fā)射極與第四電橋D的電源輸入端連接，第四限流電阻R14的另一端連接第四放大器U4D的第14腳；第一放大器U4A的第3腳與第一電橋A中第一速度探頭電阻Rh1的一端、第一精密電阻R1的一端、電壓轉(zhuǎn)換電路中第一AD芯片U1的第6腳相連，第2腳與第一電橋A中第一測溫電阻Rt1的一端、第二精密電阻R2的一端連接；第二放大器U4B的第5腳與第二電橋B中第二速度探頭電阻Rh2的一端、第三精密電阻R3的一端、電壓轉(zhuǎn)換電路中第一AD芯片U1的第7腳相連，第6腳與第二電橋B中第二測溫電阻Rt2的一端、第四精密電阻R4的一端相連；第三放大器U4C的第10腳與第三電橋C中第三速度探頭電阻Rh3的一端、第五精密電阻R5的一端、電壓轉(zhuǎn)換電路中第二AD芯片U2的第6腳相連，第9腳與第三電橋C中第三測溫電阻Rt3的一端、第六精密電阻R6的一端相連；第四放大器U4D的第12腳與第四電橋D中第四速度探頭電阻Rh4的一端、第七精密電阻R7的一端、電壓轉(zhuǎn)換電路中第二AD芯片U2的第7腳相連，第13腳與第四電橋D中第四測溫電阻Rt4的一端、第八精密電阻R8的一端相連，所述的第一放大器U4A、第二放大器U4B、第三放大器U4C和第四放大器U4D集成在LM324芯片中；電橋A中第一測溫電阻Rt1的另一端、第一速度探頭電阻Rh1的另一端作為第一電橋A的電源輸入端，第二測溫電阻Rt2的另一端、第二速度探頭電阻Rh2的另一端作為第二電橋B的電源輸入端，第三測溫電阻Rt3的另一端、第三速度探頭電阻Rh3的另一端作為第三電橋C的電源輸入端，第四測溫電阻Rt4的另一端、第四速度探頭電阻Rh4的另一端作為第四電橋D的電源輸入端；第一精密電阻R1的另一端與第二精密電阻R2的另一端連接并接地，第三精密電阻R3的另一端與第四精密電阻R4的另一端連接并接地，第五精密電阻R5的另一端與第六精密電阻R6的另一端連接并接地，第七精密電阻R7的另一端與第八精密電阻8的另一端連接并接地；電壓轉(zhuǎn)換電路中第一AD芯片U1和第二AD芯片U2均采用AD7705芯片，第一AD芯片U1的第8腳接地，第一AD芯片U1的第11腳接地，第一AD芯片U1的第9腳接入2.5V的基準(zhǔn)電壓，第一AD芯片U1的第10腳接地，第一AD芯片U1的第2腳與第一晶振Y1的一端、第一電容C12的一端相連，第一電容C12的另一端與第二電容C13的一端連接并接地，第一AD芯片U1的第3腳接第一晶振Y1的另一端和第二電容C13的另一端相連；第一AD芯片U1的第4腳與單片機(jī)的P2.4腳相連；第一AD芯片U1的第5腳接第三電容C2的一端、第一電阻R9的一端，第一電阻R9的另一端連接VDD，第三電容C2的另一端與地相連，第一AD芯片U1的第1腳與單片機(jī)的P1.3腳相連；第一AD芯片U1的第14腳與單片機(jī)的P1.2腳相連；第一AD芯片U1的第13腳與單片機(jī)的P1.1腳相連；第一AD芯片U1的第12腳與單片機(jī)的P1.0腳相連；第一AD芯片U1的第15腳分別與第四電容C1的一端、第九電容CD1的一端連接并連接VDD，第四電容C1的另一端與第九電容CD1的另一端、第16腳相連并接地；第二AD芯片U2的第8腳接地，第二AD芯片U2的第11腳接地，第二AD芯片U2的第9腳接入2.5V的基準(zhǔn)電壓，第二AD芯片U2的第10腳接地,？第二AD芯片U2的第2腳與第二晶振Y2的一端和第五電容C14的一端相連，第五電容C14的另一端和第六電容C15的一端連接并接地連接，第二AD芯片U...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：朱煒，陳偉琪，趙偉國，趙雪松，談紅偉，黃浩，
申請(專利權(quán))人：杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院，中國計量學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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