[发明专利]一种高精度气体微压差表

权利要求书

1.一种高精度气体微压差表，其特征在于，包括气体微压差测量装置(10)、单片机、超声波发射驱动模块、第一选通开关、超声换能器A、超声换能器B、超声换能器C、第二选通开关、放大器、过零电平检测模块、温度检测模块、计时门、晶振时标及与门，超声换能器A、超声换能器B及超声换能器C均为自发自收式且完全相同；

气体微压差测量装置(10)包括长方体型的容器底座(101)及两个完全相同的导管(102)，两个导管(102)均固定于容器底座(101)的上表面且均垂直于容器底座(101)，两个导管(102)的下端均与容器底座(101)连通，容器底座(101)及两个导管(102)内均注入纯水，超声换能器A安装于容器底座(101)的侧面，超声换能器B及超声换能器C均安装于容器底座(101)的下表面，超声换能器B及超声换能器C分别正对两个导管(102)；

单片机依次经超声波发射驱动模块、第一选通开关分别连接超声换能器A、超声换能器B及超声换能器C的输入端，超声换能器A、超声换能器B及超声换能器C的输出端均依次经第二选通开关、放大器、过零电平检测模块、计时门连接与门的第一输入端，晶振时标连接与门的第二输入端，与门的输出端连接单片机，单片机还分别连接第一选通开关及第二选通开关的控制端；

单片机用于发出超声波发射控制信号至超声波发射驱动模块，计时门用于产生开关门信号，过零电平检测模块用于对接收到的超声波回波信号进行过零检测并输出一正方波以控制所述开关门信号的宽度，所述开关门信号的起点为所述超声波发射控制信号的发出时刻，所述开关门信号的终点为超声波回波信号的过零检测时刻，晶振时标用于产生频率已知的高频晶振时标脉冲，单片机还用于对通过所述开关门信号的高频晶振时标脉冲的个数进行计数，计算通过所述开关门信号的高频晶振时标脉冲的总时间，根据容器底座(101)的长度及所述总时间计算气体微压差；

晶振时标产生频率已知的高频晶振时标脉冲，与门用于对高频晶振时标脉冲与开关门信号相与，则与门输出的信号中仅包括在开关门信号为高电平的这一段时间内的高频晶振时标脉冲，单片机通过计数这段时间内的脉冲个数，然后与每个高频晶振时标脉冲的持续时间相乘便可得到计时门的开关门信号的高电平持续时间，即为单片机需要计算的总时间；

放大器包括NPN三极管Q1～Q2、电阻R1～R5、正电源+VCC及负电源-VEE；

正电源+VCC经电阻R1连接三极管Q1的集电极，正电源+VCC还经电阻R2连接三极管Q2的集电极，三极管Q1的发射极连接三极管Q2的发射极，三极管Q1的发射极与三极管Q2的发射极的公共端经电阻R5连接负电源-VEE，放大前的超声波回波信号经差分转换后分别经电阻R3输入三极管Q1的基极、经电阻R4输入三极管Q2的基极，三极管Q1及三极管Q2的集电极输出放大后的超声波回波信号；

放大器还包括NPN三极管Q3、稳压二极管D1及电阻R6，三极管Q3接入三极管Q1发射极、三极管Q2发射极的公共端与电阻R5之间，三极管Q1发射极、三极管Q2发射极的公共端连接三极管Q3的集电极，正电源+VCC还依次经电阻R6、稳压二极管D1连接负电源-VEE，电阻R6与稳压二极管D1的公共端连接三极管Q3的基极；

放大器还包括稳压二极管D2，稳压二极管D2与稳压二极管D1串联，稳压二极管D2的稳压值大于7V，稳压二极管D1的稳压值小于4V；

温度检测模块的输出端连接单片机，放大器还包括多个并联的稳压二极管支路及多个受控开关，每个稳压二极管支路均由稳压二极管D1与稳压二极管D2串联构成，所有稳压二极管支路的中点两两之间接有一个受控开关，所有受控开关的控制端连接单片机，单片机还用于根据温度检测模块的输出控制受控开关的断开与闭合，以使任意稳压二极管D1与稳压二极管D2的稳压值之和恒定。

2.如权利要求1所述的高精度气体微压差表，其特征在于，所述总时间为多次测量后的平均值。

3.如权利要求2所述的高精度气体微压差表，其特征在于，所述开关门信号的起点与所述高频晶振时标脉冲的起点之间随机。

4.如权利要求1所述的高精度气体微压差表，其特征在于，过零电平检测模块用于对所述超声波回波信号的次波进行过零检测。

5.如权利要求4所述的高精度气体微压差表，其特征在于，过零电平检测模块包括施密特触发器及施密特过零电平检测器，过零电平检测模块用于检测所述超声波回波信号的首波，施密特过零电平检测器用于检测与所述首波最邻近的次波的过零电平的到达时刻。