一种功率调节电路及一种恒功率热式质量流量计的制作方法

1.本实用新型涉及计量测量技术领域，特别是涉及一种功率调节电路，以及一种恒功率热式质量流量计。


背景技术：

2.由于恒功率热式质量流量计具有压损小、测量范围宽、可直接测量质量流量等优点，所以其在计量测量领域也得到越来越广泛关注和应用。但是，对于目前的恒功率热式质量流量计而言，其内部的测温传感器功率基本是保持固定，在没有中间介质(例如气体)流量时，无法将热量带走，导致测温传感器探头的温度能够被未带走的热量加热至上百摄氏度。而测温传感器在上百摄氏度的高温下，其可靠性和使用寿命都会大大地降低，从而影响后续的计量测量结果。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种功率调节电路及一种恒功率热式质量流量计，用于解决测温传感器在检测中间介质时，由于没有中间介质流量而导致测温传感器温度过高的问题。
4.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种用于恒功率热式质量流量计的功率调节电路，包括，测温传感器和线性元件，所述线性元件与所述测温传感器串联，所述测温传感器用于检测中间介质流量的温度；其特征在于，还包括有：
5.用于检测所述测温传感器和所述线性元件两端电压的电压检测模块；
6.用于根据所述测温传感器两端电压、所述线性元件两端电压确定出所述测温传感器实际功率的乘法器，所述乘法器与所述电压检测模块连接；
7.用于根据所述测温传感器两端电压、所述线性元件两端电压确定出一中间电压的除法器，所述除法器与所述电压检测模块连接；
8.用于将所述中间电压与外部输入的阈值电压进行比较，判定当前时刻所述中间介质的流量状态和当前时刻驱动功率的功率状态的流量状态判定模块，所述流量状态判定模块分别与所述乘法器、所述除法器连接；
9.用于根据当前时刻中间介质的流量状态和当前时刻驱动功率的功率状态选择驱动功率的功率切换模块，所述功率切换模块与所述流量状态判定模块连接；
10.用于根据所述驱动功率和所述测温传感器的实际功率进行功率调节，并向所述测温传感器输出恒定功率的运放，所述运放与所述乘法器、所述功率切换模块连接。
11.可选地，所述电压检测模块包括有：
12.第一差分放大器，与所述测温传感器并联，用于检测所述测温传感器两端的电压；
13.第二差分放大器，与所述线性元件并联，用于检测所述线性元件两端的电压。
14.可选地，所述电压检测模块还包括有增益放大器，所述增益放大器分别与所述第二差分放大器、除法器连接，用于放大所述线性元件两端的电压，并将放大后的电压传输给
所述除法器。
15.可选地，所述增益放大器的增益为10。
16.可选地，所述线性元件的阻值为10欧姆。
17.可选地，所述测温传感器为电致发热元件，所述电致发热元件的温度和阻值随中间介质流量状态而变化。
18.可选地，所述电致发热元件为铂电阻。
19.可选地，所述除法器包括ad734芯片。
20.可选地，所述功率切换模块包括mux508芯片。
21.本实用新型还提供一种恒功率热式质量流量计，包括有如上述中任一所述的功率调节电路。
22.如上所述，本实用新型提供一种功率调节电路及一种恒功率热式质量流量计，本实用新型具有以下有益效果：
23.本实用新型首先检测测温传感器两端的电压和线性元件两端的电压，然后再基于测温传感器两端的电压和线性元件两端的电压计算出测温传感器的实际功率；再根据测温传感器两端的电压和线性元件两端的电压确定出一中间电压，并将中间电压与外部输入的阈值电压进行比较，判定当前时刻中间介质的流量状态和当前时刻驱动功率的功率状态；再根据当前时刻中间介质的流量状态和当前时刻驱动功率的功率状态选择驱动功率，以及基于驱动功率和测温传感器的实际功率进行功率调节，向测温传感器输出恒定功率。本实用新型可以在没有中间介质(例如气体)流量时，根据测温传感器的实际功率状态选择驱动功率，然后进行功率调节，降低测温传感器的实际功率，使测温传感器处于恒定功率，从而可以让测温传感器在高温下也能保持原先的可靠性。在有中间介质流量时，再将通过功率调节的方式，升高测温传感器的实际功率，使测温传感器始终保持可靠性。此外，本实用新型中的测温传感器在有流量时，温度只会略微上升，不会损伤测温传感器，从而不影响测温传感器的使用寿命。
附图说明
24.图1为一实施例提供的用于恒功率热式质量流量计的功率调节电路的原理示意图；
25.图2为另一实施例提供的用于恒功率热式质量流量计的功率调节电路的原理示意图；
26.图3为一实施例提供的除法器的电路连接示意图；
27.图4a和图4b为一实施例提供的流量状态判定模块的电路连接示意图；
28.图5为一实施例提供的功率切换模块的电路连接示意图；
29.图6为一实施例提供的恒功率热式质量流量计执行功率调节方法时的流程示意图。
具体实施方式
30.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外
不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
31.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
32.请参阅图1所示，通过在功率设定模块中设置一个固定电压，所以当运放稳定时，乘法器输出电压与功率设定模块电压相等，若此时测温传感器中没有中间介质(例如气体)流量流动，则此时测温传感器中热量无法被带走，导致测温传感器的探头温度会被未带走的热量加热至上百摄氏度，从而影响测温传感器的可靠性和使用寿命。因此，需要改变这种恒功率热式质量流量计，既让测温传感器能够以恒定功率工作，还能够保证测温传感器的可靠性和使用寿命。在图1中，pt100为测温传感器；r1为线性元件(即检流电阻)，其阻值为10ω； i为流过测温传感器两端的电流，电流i由电流输出模块输出，运放的输出可用于调节电流驱动模块的输出电流i，且当运放稳定时，乘法器的输出电压与功率设定模块电压相等。对于图 1，有：
33.差分放大器1的输出电压为：v
o1
＝i*pt100。
34.差分放大器2的输出电压为：v
o2
＝i*r1。
35.乘法器的输出电压为：v
o3
＝i*i*pt100*r1。
36.测温传感器的实际功率为：p＝i*i*pt100。
37.因为线性组件r1的阻值为10ω，所以乘法器的输出电压v
o3
可以表示为：v
o3
＝i*i* pt100*10，即可以用该电压来表示测温传感器两端的实际功率。例如，乘法器的输出电压v
o3
为10v，则此时测温传感器两端的实际功率为1w。其中，测温传感器pt100两端的电压可以用差分放大器1的输出电压表示，线性元件或检流电阻两端的电压可以用差分放大器2的输出电压表示。
38.根据上述记载，如图2至图5所示，本实用新型提供一示例性实施例，该实施例提供一种用于恒功率热式质量流量计的功率调节电路，包括有：
39.测温传感器，用于检测中间介质流量的温度；
40.线性元件，与所述测温传感器串联；
41.电压检测模块，用于检测所述测温传感器两端的电压，以及检测所述线性元件两端的电压；
42.乘法器，与所述电压检测模块连接，用于根据所述测温传感器两端的电压、所述线性元件两端的电压确定出所述测温传感器的实际功率；
43.除法器，与所述电压检测模块连接，用于根据所述测温传感器两端的电压、所述线性元件两端的电压确定出一中间电压；
44.流量状态判定模块，与乘法器和除法器连接，用于将所述中间电压与外部输入的阈值电压进行比较，判定当前时刻所述中间介质的流量状态和当前时刻驱动功率的功率状态；
45.功率切换模块，所述功率切换模块与所述流量状态判定模块连接，用于根据当前
时刻中间介质的流量状态和当前时刻驱动功率的功率状态选择驱动功率；
46.运放，所述运放与所述乘法器、所述功率切换模块连接，用于根据所述驱动功率和所述测温传感器的实际功率进行功率调节，向所述测温传感器输出恒定功率。
47.其中，功率切换模块和运放可以构成一个功率调节模块，且该功率调节模块可以与所述乘法器和所述流量状态判定模块连接，用于根据当前时刻中间介质的流量状态和当前时刻驱动功率的功率状态进行功率调节，向所述测温传感器提供恒定功率。
48.根据上述记载，本实施例中的电压检测模块包括有：第一差分放大器和第二差分放大器；其中，第一差分放大器与所述测温传感器并联，用于检测所述测温传感器两端的电压；第二差分放大器与所述线性元件并联，用于检测所述线性元件两端的电压。作为示例，如图2所示，本实施例可以将差分放大器1作为第一差分放大器，以及将差分放大器2作为第二差分放大器。即本实施例用差分放大器1的输出电压来表示测温传感器两端的电压，用差分放大器2的输出电压表示线性元件两端的电压。其中，本实施例中的测温传感器为电致发热元件，且所述电致发热元件的温度和阻值随中间介质的流量状态而变化。具体地，测温传感器可以为铂电阻，例如pt100。同时，本实施例中的线性元件可以为电阻，例如为检流电阻r1，即本实施例中的线性元件的阻值为10ω。
49.根据上述记载，本实施例中的电压检测模块还包括有增益放大器，所述增益放大器分别与所述第二差分放大器、除法器连接，用于放大所述线性元件两端的电压，并将放大后的电压传输给所述除法器。作为示例，本实施例中增益放大器的增益为10。由此可知，本实施例与图1相比，本实施例增加了除法器、流量状态判定模块和功率自动切换模块，然后利用除法器、流量状态判定模块和功率自动切换模块共同组成增益自动切换电路。
50.其中，增益自动切换电路的具体工作方式如下：首先通过增益放大器将差分放大器2的输出电压v
o2
放大10倍，然后放大后的电压输入至除法器中，除法器根据放大后的电压以及差分放大器1的输出电压v
o1
计算得到一个中间电压，即除法器的输出电压；根据除法器的输出电压得到与测温传感器的阻值关系，然后将除法器的输出电压与外部输入的阈值电压进行比较，从而可以判断当前时刻测温传感器的阻值是否大于100ω，从而判定出当前时刻中间介质的流量状态，即本实施例可以根据测温传感器pt100的阻值来判断当前时刻中间介质的流量状态。同时，本实施例将除法器的输出电压与外部输入的阈值电压进行比较，还可以判定出当前时刻驱动功率的功率状态。最后，再通过功率切换模块根据当前时刻中间介质的流量状态和当前时刻驱动功率的功率状态选择驱动功率。
51.具体地，根据图3可知，除法器主要由ad734芯片组成。根据上述记载可知，本实施例中的中间电压或除法器的输出电压v
o4
为：由于 r1电阻为10ω，所以中间电压或除法器的输出电压v
o4
为pt100/10。由此可知，中间电压或除法器的输出电压v
o4
可以由测温传感器pt100此时的电阻值表示，即除法器的输出电压与测温传感器的阻值关系为：v
o4
＝pt100/10。
52.在本实施例中，外部输入的阈值电压包括vref1、vref2和vref3。其中，vref1和 vref2为阻值检测阈值电压，且vref1的电压值大于vref2的电压值，阈值电压vref1 和vref2用于判定测温传感器中中间介质流量状态；vref3为功率切换电路检测阈值电压，用于检测此时驱动功率的功率状态。根据图4a和图4b可知，本实施例将阈值电压vref1与除法
器的输出电压v
o4
进行比较后，可以输出一个in0状态，将阈值电压vref2与除法器的输出电压v
o4
进行比较后，可以输出一个in1状态，将阈值电压vref3与功率切换模块的功率状态电压w_power进行比较后，可以输出一个in2状态。其中，本实施例中的in0状态表示监测低流速探头状态，即在除法器的输出电压大于阈值电压vref1时，in0输出1，反之in0输出0。in1状态表示监测高流速探头状态，即在除法器的输出电压大于阈值电压 vref2时，in1输出1，反之in1输出0。in2状态表示当前时刻驱动功率的功率状态，即在功率切换模块的高功率加热电压大于阈值电压vref3时，in2输出1，反之即在功率切换模块的低功率加热电压小于阈值电压vref3时，in2输出0。
53.根据上述记载，本实施例中功率切换模块主要由mux508芯片组成。如图5所示， mux508为单通道模拟多路复用器，引脚8为公共端d，w_h为有流量时高功率电压，w_l 为零流量时低功率电压。功率切换模块通过in0、in1、in2的输出共同决定要选择的驱动功率，然后将选择出的驱动功率传输给运放，由运放根据所述驱动功率和所述测温传感器的实际功率进行功率调节，向所述测温传感器输出恒定功率。具体地，功率切换模块的控制逻辑真值表如下表1所示。在本实施例中，当功率调节电路正常稳定工作时，驱动功率和测温传感器的实际功率相等。只有在器件失调时，驱动功率和测温传感器的实际功率会有毫瓦的差异，但是本实施例对于该差异忽略不计。同时，在进行高低功率切换时，因为本实施例采用的是模拟电路，所以本实施例可以在毫秒时间内实现瞬间切换。
54.表1功率切换模块的控制逻辑真值表
55.状态in2in1in0驱动功率的功率状态0000高功率1001高功率2010低功率3011低功率4100高功率5101高功率6110高功率7111低功率
56.根据表1可知，状态0：in2为0，表示此时为低功率加热；in1为0，表示此时电阻值低于阈值电压vref2；in0表示此时电阻值低于阈值电压vref1。表明此时流速较大，探头电阻值较小，此时应使用高功率为探头进行快速加热。(0 0 0)
57.状态1：此时，对应的逻辑值是001，即in2为0，表示此时为低功率加热；in1为0，表示此时测温传感器的电阻值较低；in0表示此时测温传感器的电阻值很大。此时in1和in0 矛盾，因为vref1》vref2，正常使用此逻辑不可存在，采用高功率的驱动功率为测温传感器探头加热，升高测温传感器的电阻值，避免此逻辑。
58.状态2：此时，对应的逻辑值是010，即in2为0，表示此时为低功率加热；in1为1，表示此时测温传感器的电阻值高于阈值电压vref2；in0为0，表示此时测温传感器的电阻值低于阈值电压vref1。此状态表明此时中间介质的流速较低，测温传感器的阻值微微上升，因此保持in2状态不变使用低功率加热。
59.状态3：此时，对应的逻辑值是011，即in2为0，表示此时为低功率加热；in1为1，表
示此时测温传感器的电阻值高于阈值电压vref1；in0为1，表示此时测温传感器的电阻值较高。此状态表明中间介质的流速较低，测温传感器的探头过热，测温传感器的电阻值较高，因此使用低功率加热。
60.状态4：此时，对应的逻辑值是100，即in2为1，表明此时为高功率加热；in1为0，表明此时测温传感器的电阻值低于阈值电压vref2；in0为0表明此时测温传感器的电阻值低于阈值电压vref1。此时表明此时中间介质处于高流速状态下，测温传感器的阻值较低，继续保持in2维持高功率状态加热。
61.状态5：此时，对应的逻辑值是101，即in2为1，表明此时为高功率加热；in1为0，表示此时测温传感器的电阻值低于阈值电压vref2；in0为1表明此时测温传感器的电阻值高于阈值电压vref1。此时in1和in0矛盾，因为vref1》vref2，正常使用此逻辑不可存在，采用高功率为测温传感器的探头加热，升高测温传感器的电阻值，避免此逻辑。
62.状态6：此时，对应的逻辑值是110，即in2为1，表明此时为高功率加热；in1为1，表示此时测温传感器的电阻值高于阈值电压vref2；in0为0表明此时测温传感器的电阻值低于阈值电压vref1。此时说明在高功率加热模式下，中间介质的流速不是很大，测温传感器的电阻值对应电压大于vref2但小于vref1，此时任然维持高功率加热状态。
63.状态7：此时，对应的逻辑值是111，即in2为1，表明此时为高功率加热；in1为1，表示此时测温传感器的电阻值高于阈值电压vref2；in0为1表明此时测温传感器的电阻值高于阈值电压vref1。此时说明在高功率加热模式下，中间介质的流速已经减小到很小，此时测温传感器的探头开始过热，为了保护探头，使用低功率加热模式。
64.所以，由功率切换模块的控制逻辑真值表可知，本实施例根据实际使用中中间介质流量的变化设置真值表，通过改变功率输出，从而最终实现在恒功率热式质量流量计的增益自动切换。
65.综上所述，本实用新型提供一种用于恒功率热式质量流量计的功率调节电路，首先检测测温传感器两端的电压和线性元件两端的电压，然后再基于测温传感器两端的电压和线性元件两端的电压计算出测温传感器的实际功率；再根据测温传感器两端的电压和线性元件两端的电压确定出一中间电压，并将中间电压与外部输入的阈值电压进行比较，判定当前时刻中间介质的流量状态和当前时刻驱动功率的功率状态；再根据当前时刻中间介质的流量状态和当前时刻驱动功率的功率状态选择驱动功率，以及基于驱动功率和测温传感器的实际功率进行功率调节，向测温传感器输出恒定功率。本实用新型可以在没有中间介质(例如气体)流量时，根据测温传感器的实际功率状态选择驱动功率，然后进行功率调节，降低测温传感器的实际功率，使测温传感器处于恒定功率，从而可以让测温传感器在高温下也能保持原先的可靠性。在有中间介质流量时，再将通过功率调节的方式，升高测温传感器的实际功率，使测温传感器始终保持可靠性。此外，本实用新型中的测温传感器在有流量时，温度只会略微上升，不会损伤测温传感器，从而不影响测温传感器的使用寿命。
66.本实用新型还提供一种恒功率热式质量流量计，该恒功率热式质量流量计包括有如上述实施中任一所述的功率调节电路。本实施例中的恒功率热式质量流量计的技术功能效果及调节方式参见上述实施例，本实施例不再进行赘述。
67.如图6所示，该恒功率热式质量流量计可以执行以下步骤：
68.s100，检测所述测温传感器两端的电压和所述线性元件两端的电压；
69.s200，基于所述测温传感器两端的电压和所述线性元件两端的电压计算出所述测温传感器的实际功率；
70.s300，根据所述测温传感器两端的电压和所述线性元件两端的电压确定出一中间电压；
71.s400，将所述中间电压与外部输入的阈值电压进行比较，判定当前时刻所述中间介质的流量状态和当前时刻驱动功率的功率状态；
72.s500，根据当前时刻中间介质的流量状态和当前时刻驱动功率的功率状态选择驱动功率；
73.s600，基于所述驱动功率和所述测温传感器的实际功率进行功率调节，向所述测温传感器输出恒定功率。
74.本实施例的技术功能及效果参见上述实施例，本实施例不再进行赘述。综上所述，本实用新型提供一种恒功率热式质量流量计，可以用于执行上述功率调节方法，即首先检测测温传感器两端的电压和线性元件两端的电压，然后再基于测温传感器两端的电压和线性元件两端的电压计算出测温传感器的实际功率；再根据测温传感器两端的电压和线性元件两端的电压确定出一中间电压，并将中间电压与外部输入的阈值电压进行比较，判定当前时刻中间介质的流量状态和当前时刻驱动功率的功率状态；再根据当前时刻中间介质的流量状态和当前时刻驱动功率的功率状态选择驱动功率，以及基于驱动功率和测温传感器的实际功率进行功率调节，向测温传感器输出恒定功率。本实用新型可以在没有中间介质(例如气体)流量时，根据测温传感器的实际功率状态选择驱动功率，然后进行功率调节，降低测温传感器的实际功率，使测温传感器处于恒定功率，从而可以让测温传感器在高温下也能保持原先的可靠性。在有中间介质流量时，再将通过功率调节的方式，升高测温传感器的实际功率，使测温传感器始终保持可靠性。此外，本实用新型中的测温传感器在有流量时，温度只会略微上升，不会损伤测温传感器，从而不影响测温传感器的使用寿命。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
75.上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
76.应当理解的是，尽管在本实用新型实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范围彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型实施例范围的情况下，第一预设范围也可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。