[实用新型]一种热式气体流量测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种热式气体流量测量装置，属于工业流量测量及控制领域。

背景技术

热式流量计作为工业流量测量的常用仪表，使用非常广泛。现在工业中常用的热式流量计主要采用2个热式基准电阻作为敏感元件，采用桥式环路，利用恒温法测量原理对流量进行测量，测量原理图如附图1所示。

电桥环路具有温度自动补偿的功能，Rw作为测量元件，Rc作为感温元件。但现有技术也存在如下缺点：采用电桥电路时，为了减小补偿支路的电流，使补偿电阻不发热，Rc电阻值较大，常采用PT1000与PT20或者PT1000与PT45等作为测量探头，但电阻值较大的铂热电阻热惯性较大，导致系统响应慢，灵敏度低；测量元件Rw与感温元件Rc电阻值相差太大，限制了电路的设计，影响信号采集的稳定性及精度；控制电路等有待改进，以提高整体的测量效果。

MSP430作为一款超低功耗单片机，大量运用于工业智能仪表中。MSP430工作电压为3.3V，而大量外设工作电压为5V左右，存在电压匹配的问题；另外，AD电路以及数字量转化为模拟量的噪声普遍存在，而信噪比为评价系统优劣的重要参数。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本实用新型提出一种热式气体流量测量装置。

技术方案

一种热式气体流量测量装置，采用+24V直流单电源供电，包括采样模块、MSP430F149系统模块、显示模块、通信模块和电流量信号输出模块，采集模块采集的电压信号输入MSP430F149系统模块进行A/D转换，电流量信号输出模块将MSP430F149系统模块输入的数字量转换为4～20mA电流模拟量输出；其特征在于采样模块中设计了定温反馈控制电路和等效惠斯通电桥电路，其中OP07、R20、R19、LM317T、1N4148组成了定温反馈控制电路，OP07采集电桥电压信号，利用LM317T的输出特性通过改变电桥电压E控制发热探头工作在恒温模式；R14、R13、OP07、R11、R8、Rc、R9、R10、R12、LM324N组成等效惠斯通电桥电路的补偿支路，R16、Rw组成等效惠斯通电桥电路的测量支路，R13、R14将电桥电压E分压，OP07组成电压跟随器将R13分压加载在补偿支路，减小了补偿支路电压，LM324N将补偿支路输出电压等分压倍数放大，作为定温反馈控制电路的一个输入电压Uc。

采样模块采用PT20作为发热探头Rw，PT100作为测温探头Rc，分别连接到等效惠斯通电桥的桥路上。

电流量信号输出模块中加入了6N137光电隔离器，隔离模拟电路和数字电路，达到电压匹配的作用，提高系统的信噪比和稳定性。

有益效果

本发明提出的一种热式气体流量测量装置，能够提高热式流量计的灵敏度，提高系统测量的稳定性及准确性。

附图说明

图1 热式流量计测量原理

图2 本实用新型方案框图

图3 探头结构示意图

图4 电源电路

图5 信号采集电路

图6 MCU电路

图7 4～20mA电流输出电路

图8 显示、通信和按键电路

图9 程序流程图

图10 累计流量计算示意图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

一种热式气体流量测量装置，如图2所示，包括采样模块、MSP430F149系统模块、显示模块、通信模块和电流量信号输出模块，采集模块采集的电压信号输入MSP430F149系统模块进行A/D转换，电流量信号输出模块将MSP430F149系统模块输入的数字量转换为4～20mA电流模拟量输出。

采样模块采用PT20作为发热探头Rw，PT100作为测温探头Rc，分别连接到等效惠斯通电桥的桥路上，如图3所示。

本装置采用+24V直流单电源供电，如图4所示，通过7815(U1)输出+15V电压，R1与R2分压输出+5V电压VCC5V，AMS1117-3.3输出+3.3V电压VCC。

信号采集电路如图5所示，对于热式质量流量计来说，它的流量检测是根据热平衡原理，电流流过热膜探头所产生的热量应该等于流体流过热膜探头所带走的热量。在恒温工作模式下，可以得到与流量成一定对应关系的电压输出。