CN1603762A - 热脉冲时差式流量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热脉冲时差式流量检测方法。将传感器放入与流速方向平行的管道中，对加热测温元或者加热元提供脉冲供电，产生脉冲电流，测量加热测温元或者表征加热元温度的测温元的温度变化，得到加热测温元或者表征加热元温度的测温元输出信号曲线；再对沿流速方向处于加热测温元或者表征加热元温度的测温元下游的测温元的温度变化进行测量，亦得到测温元输出信号曲线；将两条曲线进行对比，通过检测该时间滞的时滞值，即测定流速。本发明特别适用于成分恒定的气体的中、低速范围的测量。它在传统热式质量流量的原理上进行改进，对加热元提供脉冲式供电，通过比较加热元的温度变化信号和测温元的温度变化信号之间的时滞来完成对流量的检测。

Description

热脉冲时差式流量检测方法

技术领域

本发明涉及质量流量检测方法，特别是涉及一种热脉冲时差式流量检测方法。

背景技术

现有的热式流量计分为两种类型，1、风速计；2、测热型流量传感器。

风速计基于1914年提出的金式定律工作，通过检测暴露在流体中的加热器本身的热耗散程度来检测流速。这种模式的传感器包括一段固定几何尺寸的直流道，一个温度敏感材料制成的加热器，一个测量流体原始温度的参考温度传感器和相应的控制测量电路，通过检测液体中因液体流动而带走的热量的多少来测量流速。传感器元件可以用各种对温度敏感的材料制成。这种传感器具有高的响应频率，大的测速范围，但不能用于长时间测量，能耗大，易于被污染和毁损。

测热型质量流量检测方法在1993年由Theo S.J.Lammerink提出，测热式传感器是通过检测单一热源周围的温度分布情况来检测流体流速。对于该种工作原理的传感器，其中包含一个单一热源和至少一对温度传感器，分别置于相对于单一热源对称或者不对称的上游和下游。在测量的时候，通过测量上下游温度传感器的温度差值，从而确定流体流速。此种工作原理对小流量极其敏感，尤其在微流体计量中显示出极大的优势，因此成为微流体传感器的研究热点。1997年由N.T.Nguyen提出了在加热器两侧不对称分布温度传感器的方法，该方法通过增大上游温度传感器与加热器之间的距离，减小下游温度传感器与加热器之间的距离，然后将这两个温度值相减，得到流速信息。由此获得的上下游温度差曲线虽然在低速段线性度受到影响，但是曲线的饱和点得以后移，从而增大了测量范围。

上述两种测量方法共同存在的问题在于：如果用于需要流量进行实时监控的场合，两种测量方法都需要对加热元进行长时间的供电，使其处于加热状态，因此能耗和传感器本身的损耗都较大。

发明内容

为克服背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种热脉冲时差式流量检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

1、热脉冲时差式流量检测方法：

1)将传感器放入与流速方向平行的管道之中，用脉冲供电电源对加热测温元或者加热元提供脉冲供电，加热信号为加热脉冲输入信号；在加热测温元或者加热元中产生了脉冲电流，测量加热测温元或者表征加热元温度的测温元的温度变化，得到一条脉冲曲线，即加热测温元或者表征加热元温度的测温元输出信号曲线；

2)再对沿流速方向处于加热测温元或者表征加热元温度的测温元下游的测温元的温度变化进行测量，亦得到一条脉冲曲线，即测温元输出信号曲线；

3)将以上两条输出信号曲线进行对比，发现加热测温元或者表征加热元温度的测温元输出的脉冲曲线波形同一周期的峰值到达时间与处于下游的测温元的脉冲曲线波形同一周期的峰值到达时间之间存在时间滞后，通过检测该时间滞的时滞值，即测定流速。

2、两条脉冲曲线比较方法如下：

$v=\frac{d_s}{T_h}$

式中：

ds-加热测温元或表征加热元温度的测温元与下游测温元之间的距离；

Th-输出的两脉冲信号之间的时滞值；

V-流速。

本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：本发明在传统热式质量流量的原理上进行改进，对加热元提供脉冲式供电，通过比较加热元的温度变化信号和测温元的温度变化信号之间的时滞来完成对流量的检测。特别是在对成分恒定的气体的中、低速的质量测量中，用于需要长时间监测一维定向流速的场合，降低检测元损耗，节约能源的热式流量检测方法。

附图说明

图1是热脉冲时差式流量检测方法的原理时序图；

图2是本发明实施例1的结构原理图；

图3是本发明实施例2的结构原理图。

具体实施方式

1、热脉冲时差式流量检测方法，如图1所示：

1)将传感器放入与流速方向平行的管道之中，用脉冲供电电源对加热测温元或者加热元提供脉冲供电，加热信号为加热脉冲输入信号A；在加热测温元或者加热元中产生了脉冲电流，测量加热测温元或者表征加热元温度的测温元的温度变化，得到一条脉冲曲线，即加热测温元或者表征加热元温度的测温元输出信号曲线B；

2)再对沿流速方向处于加热测温元或者表征加热元温度的测温元下游的测温元的温度变化进行测量，亦得到一条脉冲曲线，即测温元输出信号曲线C；

3)将以上两条输出信号曲线进行对比，发现加热测温元或者表征加热元温度的测温元输出的脉冲曲线波形同一周期的峰值到达时间与处于下游的测温元的脉冲曲线波形同一周期的峰值到达时间之间存在时间滞后，通过检测该时间滞的时滞值，即测定流速。

2、两条脉冲曲线B、C比较方法如下：

$v=\frac{d_s}{T_h}$

式中：

ds-加热测温元或表征加热元温度的测温元与下游测温元之间的距离；

Th-输出的两脉冲信号之间的时滞值；

V-流速。

具体实施1如图2所示，包括脉冲供电电源1，由加热测温元4、沿流速方向处于加热测温元下游的测温元5和绝热基底6组成的传感器，以及后端的信号比较电路7。将传感器放入与流速方向平行的管道之中，对加热测温元4提供脉冲输入，在加热测温元4中产生了脉冲电流，测量加热测温元4的温度变化，可得到一条脉冲曲线。此时，再对处于加热测温元4下游的测温元5的温度变化进行测量，亦可得到一条脉冲曲线。通过后端的信号比较电路7将两条脉冲曲线进行对比，可发现加热测温元的脉冲曲线波形同一周期的峰值到达时间与测温元的脉冲曲线波形同一周期的峰值到达时间之间存在时间滞后，通过检测该时间滞后，可以得到关于流速的信息。

具体实施2如图3所示，包括脉冲供电电源1，由加热元2、表征加热元温度变化的测温元3、沿流速方向处于加热测温元下游的测温元5和绝热基底6组成的传感器，以及后端的信号比较电路7。将传感器放入与流速方向平行的管道之中，对加热元2提供脉冲供电，在加热元2中产生了脉冲电流，测量表征加热元温度的测温元3的电阻变化，可得到一条脉冲曲线。此时，再对处于表征加热元温度变化的测温元下游的测温元6的温度变化进行测量，亦可得到一条脉冲曲线。通过后端的信号比较电路7将两条脉冲曲线进行对比，可发现加热测温元的脉冲曲线波形同一周期的峰值到达时间与测温元的脉冲曲线波形同一周期的峰值到达时间之间存在时间滞后，通过检测该时间滞后，可以得到关于流速的信息。

所述的测温元或者加热测温元由温度敏感材料制成，可以是温度敏感电阻，热电偶，热电堆等。所述的脉冲供电电源为提供产生脉冲波形的电源。所述的信号比较电路包含具有两个以上A/D输入通道的单片机或者其他可完成类似功能的芯片和电路。

Claims (2)

1、一种热脉冲时差式流量检测方法，其特征在于：

1)将传感器放入与流速方向平行的管道之中，用脉冲供电电源(1)对加热测温元(4)或者加热元(2)提供脉冲供电，加热信号为加热脉冲输入信号(A)；在加热测温元(4)或者加热元(2)中产生了脉冲电流，测量加热测温元(4)或者表征加热元(2)温度的测温元(3)的温度变化，得到一条脉冲曲线，即加热测温元(4)或者表征加热元(2)温度的测温元(3)输出信号曲线(B)；

2)再对沿流速方向处于加热测温元(4)或者表征加热元(2)温度的测温元(3)下游的测温元(5)的温度变化进行测量，亦得到一条脉冲曲线，即测温元输出信号曲线(C)；

3)将以上两条输出信号曲线(B)、(C)进行对比，发现加热测温元(4)或者表征加热元(2)温度的测温元(3)输出的脉冲曲线波形同一周期的峰值到达时间与处于下游的测温元的脉冲曲线波形同一周期的峰值到达时间之间存在时间滞后，通过检测该时间滞的时滞值，即测定流速。

2、根据权利要求1所述的一种热脉冲时差式流量检测方法，其特征在于两条脉冲曲线(B)、(C)比较方法如下：

$v=\frac{d_s}{T_h}$

式中：

ds-加热测温元或表征加热元温度的测温元与下游测温元之间的距离；

Th-输出的两脉冲信号之间的时滞值；

V-流速。

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