熱脈衝時差式流量檢測方法

2023-11-07 03:53:37

專利名稱：熱脈衝時差式流量檢測方法
技術領域：
本發明涉及質量流量檢測方法，特別是涉及一種熱脈衝時差式流量檢測方法。
背景技術：
現有的熱式流量計分為兩種類型，1、風速計；2、測熱型流量傳感器。
風速計基於1914年提出的金式定律工作，通過檢測暴露在流體中的加熱器本身的熱耗散程度來檢測流速。這種模式的傳感器包括一段固定幾何尺寸的直流道，一個溫度敏感材料製成的加熱器，一個測量流體原始溫度的參考溫度傳感器和相應的控制測量電路，通過檢測液體中因液體流動而帶走的熱量的多少來測量流速。傳感器元件可以用各種對溫度敏感的材料製成。這種傳感器具有高的響應頻率，大的測速範圍，但不能用於長時間測量，能耗大，易於被汙染和毀損。
測熱型質量流量檢測方法在1993年由Theo S.J.Lammerink提出，測熱式傳感器是通過檢測單一熱源周圍的溫度分布情況來檢測流體流速。對於該種工作原理的傳感器，其中包含一個單一熱源和至少一對溫度傳感器，分別置於相對於單一熱源對稱或者不對稱的上遊和下遊。在測量的時候，通過測量上下遊溫度傳感器的溫度差值，從而確定流體流速。此種工作原理對小流量極其敏感，尤其在微流體計量中顯示出極大的優勢，因此成為微流體傳感器的研究熱點。1997年由N.T.Nguyen提出了在加熱器兩側不對稱分布溫度傳感器的方法，該方法通過增大上遊溫度傳感器與加熱器之間的距離，減小下遊溫度傳感器與加熱器之間的距離，然後將這兩個溫度值相減，得到流速信息。由此獲得的上下遊溫度差曲線雖然在低速段線性度受到影響，但是曲線的飽和點得以後移，從而增大了測量範圍。
上述兩種測量方法共同存在的問題在於如果用於需要流量進行實時監控的場合，兩種測量方法都需要對加熱元進行長時間的供電，使其處於加熱狀態，因此能耗和傳感器本身的損耗都較大。

發明內容
為克服背景技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種熱脈衝時差式流量檢測方法。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是1、熱脈衝時差式流量檢測方法1)將傳感器放入與流速方向平行的管道之中，用脈衝供電電源對加熱測溫元或者加熱元提供脈衝供電，加熱信號為加熱脈衝輸入信號；在加熱測溫元或者加熱元中產生了脈衝電流，測量加熱測溫元或者表徵加熱元溫度的測溫元的溫度變化，得到一條脈衝曲線，即加熱測溫元或者表徵加熱元溫度的測溫元輸出信號曲線；2)再對沿流速方向處於加熱測溫元或者表徵加熱元溫度的測溫元下遊的測溫元的溫度變化進行測量，亦得到一條脈衝曲線，即測溫元輸出信號曲線；3)將以上兩條輸出信號曲線進行對比，發現加熱測溫元或者表徵加熱元溫度的測溫元輸出的脈衝曲線波形同一周期的峰值到達時間與處於下遊的測溫元的脈衝曲線波形同一周期的峰值到達時間之間存在時間滯後，通過檢測該時間滯的時滯值，即測定流速。
2、兩條脈衝曲線比較方法如下v=dsTh]]>式中ds-加熱測溫元或表徵加熱元溫度的測溫元與下遊測溫元之間的距離；Th-輸出的兩脈衝信號之間的時滯值；V-流速。
本發明與背景技術相比，具有的有益的效果是本發明在傳統熱式質量流量的原理上進行改進，對加熱元提供脈衝式供電，通過比較加熱元的溫度變化信號和測溫元的溫度變化信號之間的時滯來完成對流量的檢測。特別是在對成分恆定的氣體的中、低速的質量測量中，用於需要長時間監測一維定向流速的場合，降低檢測元損耗，節約能源的熱式流量檢測方法。


圖1是熱脈衝時差式流量檢測方法的原理時序圖；圖2是本發明實施例1的結構原理圖；圖3是本發明實施例2的結構原理圖。
具體實施例方式
1、熱脈衝時差式流量檢測方法，如圖1所示
1)將傳感器放入與流速方向平行的管道之中，用脈衝供電電源對加熱測溫元或者加熱元提供脈衝供電，加熱信號為加熱脈衝輸入信號A；在加熱測溫元或者加熱元中產生了脈衝電流，測量加熱測溫元或者表徵加熱元溫度的測溫元的溫度變化，得到一條脈衝曲線，即加熱測溫元或者表徵加熱元溫度的測溫元輸出信號曲線B；2)再對沿流速方向處於加熱測溫元或者表徵加熱元溫度的測溫元下遊的測溫元的溫度變化進行測量，亦得到一條脈衝曲線，即測溫元輸出信號曲線C；3)將以上兩條輸出信號曲線進行對比，發現加熱測溫元或者表徵加熱元溫度的測溫元輸出的脈衝曲線波形同一周期的峰值到達時間與處於下遊的測溫元的脈衝曲線波形同一周期的峰值到達時間之間存在時間滯後，通過檢測該時間滯的時滯值，即測定流速。
2、兩條脈衝曲線B、C比較方法如下v=dsTh]]>式中ds-加熱測溫元或表徵加熱元溫度的測溫元與下遊測溫元之間的距離；Th-輸出的兩脈衝信號之間的時滯值；V-流速。
具體實施1如圖2所示，包括脈衝供電電源1，由加熱測溫元4、沿流速方向處於加熱測溫元下遊的測溫元5和絕熱基底6組成的傳感器，以及後端的信號比較電路7。將傳感器放入與流速方向平行的管道之中，對加熱測溫元4提供脈衝輸入，在加熱測溫元4中產生了脈衝電流，測量加熱測溫元4的溫度變化，可得到一條脈衝曲線。此時，再對處於加熱測溫元4下遊的測溫元5的溫度變化進行測量，亦可得到一條脈衝曲線。通過後端的信號比較電路7將兩條脈衝曲線進行對比，可發現加熱測溫元的脈衝曲線波形同一周期的峰值到達時間與測溫元的脈衝曲線波形同一周期的峰值到達時間之間存在時間滯後，通過檢測該時間滯後，可以得到關於流速的信息。
具體實施2如圖3所示，包括脈衝供電電源1，由加熱元2、表徵加熱元溫度變化的測溫元3、沿流速方向處於加熱測溫元下遊的測溫元5和絕熱基底6組成的傳感器，以及後端的信號比較電路7。將傳感器放入與流速方向平行的管道之中，對加熱元2提供脈衝供電，在加熱元2中產生了脈衝電流，測量表徵加熱元溫度的測溫元3的電阻變化，可得到一條脈衝曲線。此時，再對處於表徵加熱元溫度變化的測溫元下遊的測溫元6的溫度變化進行測量，亦可得到一條脈衝曲線。通過後端的信號比較電路7將兩條脈衝曲線進行對比，可發現加熱測溫元的脈衝曲線波形同一周期的峰值到達時間與測溫元的脈衝曲線波形同一周期的峰值到達時間之間存在時間滯後，通過檢測該時間滯後，可以得到關於流速的信息。
所述的測溫元或者加熱測溫元由溫度敏感材料製成，可以是溫度敏感電阻，熱電偶，熱電堆等。所述的脈衝供電電源為提供產生脈衝波形的電源。所述的信號比較電路包含具有兩個以上A/D輸入通道的單片機或者其他可完成類似功能的晶片和電路。
權利要求
1.一種熱脈衝時差式流量檢測方法，其特徵在於1)將傳感器放入與流速方向平行的管道之中，用脈衝供電電源(1)對加熱測溫元(4)或者加熱元(2)提供脈衝供電，加熱信號為加熱脈衝輸入信號(A)；在加熱測溫元(4)或者加熱元(2)中產生了脈衝電流，測量加熱測溫元(4)或者表徵加熱元(2)溫度的測溫元(3)的溫度變化，得到一條脈衝曲線，即加熱測溫元(4)或者表徵加熱元(2)溫度的測溫元(3)輸出信號曲線(B)；2)再對沿流速方向處於加熱測溫元(4)或者表徵加熱元(2)溫度的測溫元(3)下遊的測溫元(5)的溫度變化進行測量，亦得到一條脈衝曲線，即測溫元輸出信號曲線(C)；3)將以上兩條輸出信號曲線(B)、(C)進行對比，發現加熱測溫元(4)或者表徵加熱元(2)溫度的測溫元(3)輸出的脈衝曲線波形同一周期的峰值到達時間與處於下遊的測溫元的脈衝曲線波形同一周期的峰值到達時間之間存在時間滯後，通過檢測該時間滯的時滯值，即測定流速。
2.根據權利要求1所述的一種熱脈衝時差式流量檢測方法，其特徵在於兩條脈衝曲線(B)、(C)比較方法如下v=dsTh]]>式中ds-加熱測溫元或表徵加熱元溫度的測溫元與下遊測溫元之間的距離；Th-輸出的兩脈衝信號之間的時滯值；V-流速。
全文摘要
本發明公開了一種熱脈衝時差式流量檢測方法。將傳感器放入與流速方向平行的管道中，對加熱測溫元或者加熱元提供脈衝供電，產生脈衝電流，測量加熱測溫元或者表徵加熱元溫度的測溫元的溫度變化，得到加熱測溫元或者表徵加熱元溫度的測溫元輸出信號曲線；再對沿流速方向處於加熱測溫元或者表徵加熱元溫度的測溫元下遊的測溫元的溫度變化進行測量，亦得到測溫元輸出信號曲線；將兩條曲線進行對比，通過檢測該時間滯的時滯值，即測定流速。本發明特別適用於成分恆定的氣體的中、低速範圍的測量。它在傳統熱式質量流量的原理上進行改進，對加熱元提供脈衝式供電，通過比較加熱元的溫度變化信號和測溫元的溫度變化信號之間的時滯來完成對流量的檢測。
文檔編號G01F1/76GK1603762SQ20041006774
公開日2005年4月6日 申請日期2004年10月29日 優先權日2004年10月29日
發明者傅新, 謝海波, 段萱苡, 楊華勇 申請人:浙江大學