[发明专利]一种小通道流体流速流量测量装置及方法

权利要求书

1.一种小通道流体流速流量测量装置，其特征在于包括绝缘管道(1)、第一 电极(2)、第二电极(3)、第三电极(4)、第四电极(5)、第五电极(6)、交 流激励源(7)、调幅解调电路(8)、数据采集模块(9)、微型计算机(10)；绝 缘管道(1)外侧顺次设有第一电极(2)、第二电极(3)、第三电极(4)、第四 电极(5)、第五电极(6)，第一电极(2)与交流激励源(7)相连，第二电极 (3)、第三电极(4)、第四电极(5)分别与调幅解调电路(8)相连，调幅解 调电路(8)、数据采集模块(9)、微型计算机(10)顺次相连，第五电极(6) 接地；由第一电极(2)、第二电极(3)、第三电极(4)、第四电极(5)和第五 电极(6)构成五电极非接触式电导传感器，第一电极(2)作为激励电极，第 五电极(6)为接地电极，第二电极(3)、第三电极(4)和第四电极(5)为五 电极非接触式电导传感器的输出端，由绝缘管道(1)、第二电极(3)和第三电 极(4)构成上游电导传感器，由绝缘管道(1)、第三电极(4)和第四电极(5) 构成下游电导传感器。

2.根据权利要求1所述的一种小通道流体流速流量测量装置，其特征在于所 述的调幅解调电路(8)为：第二耦合电容(C_x2)一端、第二电阻(R₂)一端与 第一运算放大器(A₁)的正向输入端相连接，第一电阻(R₁)的一端、第一电容 (C₁)的一端与第一运算放大器(A₁)的反相输入端相连接，第二电阻(R₂)另 一端、第一电容(C₁)另一端、第三电阻(R₃)的一端相连接，第三电阻(R₃) 的另一端接地，第三耦合电容(C_x3)一端、第五电阻(R₅)一端与第二运算放 大器(A₂)的正向输入端相连接，第四电阻(R₄)的一端、第二电容(C₂)的一 端与第二运算放大器(A₂)的反相输入端相连接，第五电阻(R₅)另一端、第二 电容(C₂)另一端、第六电阻(R₆)的一端相连接，第六电阻(R₆)的另一端接 地，第四耦合电容(C_x4)一端、第八电阻(R₈)一端与第三运算放大器(A₃) 的正向输入端相连接，第七电阻(R₇)的一端、第三电容(C₃)的一端与第三 运算放大器(A₃)的反相输入端相连接，第八电阻(R₈)另一端、第三电容(C₃) 另一端、第九电阻(R₉)的一端相连接，第九电阻(R₉)的另一端接地，第一运 算放大器(A₁)的输出端、第一电阻(R₁)的另一端与第一仪用放大器(Y₁)的 正向输入端相连接，第二运算放大器(A₂)的输出端、第四电阻(R₄)的另一端 与第一仪用放大器(Y₁)的反向输入端、第二仪用放大器(Y₂)的正向输入端相 连接，第三运算放大器(A₃)的输出端、第七电阻(R₇)的另一端与第二仪用放 大器(Y₂)的反向输入端相连接，第一仪用放大器(Y₁)的输出端与第一乘法器 (M₁)的一个输入端相连接，第二仪用放大器(Y₂)的输出端与第二乘法器(M₂) 的一个输入端相连接，交流激励源(7)与第一乘法器(M₁)的另一个输入端、 第二乘法器(M₂)的另一个输入端相连接，第一乘法器(M₁)的输出端通过第 十电阻(R₁₀)与第四电容(C₄)的一端、第十二电阻(R₁₂)的一端、第四运算 放大器(A₄)的反向输入端相连接，第四运算放大器(A₄)的正向输入端通过第 十六电阻(R₁₆)接地，第四运算放大器(A₄)的输出端通过第十四电阻(R₁₄) 与第六电容(C₆)的一端相连接，第六电容(C₆)的另一端接地，第二乘法器 (M₂)的输出端通过第十一电阻(R₁₁)与第五电容(C₅)的一端、第十三电阻(R₁₃) 的一端、第五运算放大器(A₅)的反向输入端相连接，第五运算放大器(A₅)的 正向输入端通过第十七电阻(R₁₇)接地，第五运算放大器(A₅)的输出端通过 第十五电阻(R₁₅)与第七电容(C₇)的一端相连接，第七电容(C₇)的另一端 接地。

3.一种使用如权利要求1所述装置的小通道流体流速流量测量方法，其特征 在于它的步骤如下：

1)设置交流激励源(7)的激励频率为f，输出电压为U_in，在该激励信号 作用下，五电极非接触式电导传感器形成一个交流通路，等效电路总阻抗 Z=1j2πfcx1+Rx1+Rx2+Rx3+Rx4+1j2πfcx5,]]>第一电位输出端(V₁)的电位值 第二电位输出端(V₂)的电位值第三电位输出端(V₃)的电位值第二流体等效电阻(R_x2)两 端的电压降第三流体等效电阻(R_x3)两端的电压降 其中，第一流体等效电阻(R_x1)为第一电极(2)和第二电 极(3)间的流体的等效电阻，第二流体等效电阻(R_x2)为第二电极(3)和第 三电极(4)间的流体的等效电阻，第三流体等效电阻(R_x3)为第三电极(4) 和第四电极(5)间的流体的等效电阻，第四流体等效电阻(R_x4)为第四电极(5) 和第五电极(6)间的流体的等效电阻，第一耦合电容(C_x1)为第一电极(2)、 绝缘管道(1)和管道内流体形成的耦合电容，第二耦合电容(C_x2)为第二电极 (3)、绝缘管道(1)与管道内流体形成的耦合电容，第三耦合电容(C_x3)为第 三电极(4)、绝缘管道(1)与管道内流体形成的耦合电容，第四耦合电容(C_x4) 为第四电极(5)、绝缘管道(1)与管道内流体形成的耦合电容，第五耦合电容 (C_x5)为第五电极(6)、绝缘管道(1)与管道内流体所形成的耦合电容；

2)调幅解调电路(8)由第一电位输出端(V₁)和第二电位输出端(V₂)获 得第二流体等效电阻(R_x2)两端的电压降U₀₁，由第二电位输出端(V₂)和第三 电位输出端(V₃)获得第三流体等效电阻(R_x3)两端的电压降U₀₂，并分别将其 解调、放大，得到第一电压(U₁)和第二电压(U₂)；

3)第一电压(U₁)、第二电压(U₂)由数据采集模块采集到微型计算机中， 采用如下公式计算流速流量，先利用求出渡越时 间τ_o，通过v_cp＝L/τ_o计算出流体流速v_cp，并进而获得流体流量Q＝v_cpA，其中， L为上游传感器和下游传感器间的间距，A为管道横截面积。