МИКРОКОНТРОЛЛЕРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СКОРОСТИ ПОТОКА ГАЗА И ЖИДКОСТИ
MICROCONTROLLER METERING CONVERTER OF GAS AND LIQUID FLOW SPEED

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения скорости потока газа или жидкости резистивными подогреваемыми датчиками, и может быть использовано в информационно-измерительных системах для контроля неэлектрических величин резистивными и емкостными датчиками.
Уровень техники
Если нагреваемый током резистивный датчик температуры погружен в газ или жидкую среду, то его температура определяется режимом теплового равновесия между количеством теплоты, подводимой к датчику и отдаваемой в окружающую среду. Количество отдаваемой датчиком теплоты зависит от скорости потока газа или жидкости, в которые он помещен. Если измерять сопротивление этого датчика, а также протекающий через него ток, то можно определить скорость газового или жидкостного потока, в которых находится этот датчик.
Известно устройство для измерения электрической емкости и/или активного сопротивления, содержащее два одновибратора, включенные по кольцевой схеме, генератор импульсов и индикатор, во времязадающие цепи первого и второго одновибраторов включены конденсаторы, соответственно измеряемой емкости и образцовой к входам запуска обоих одновибраторов подключен выход генератора, между вторыми выходами одновибраторов включен блок индикации (см. пат. РФ №2099724, кл. G01R 27/26).
Недостаток известного решения - ограничены функциональные возможности, устройство не может быть использовано для измерения скорости потока газа или жидкости.
Известно устройство для измерения неэлектрических величин конденсаторными датчиками, содержащее микроконтроллер (МК), индикатор, первый и второй генераторы, во времязадающие цепи которых включены соответственно емкостный датчик и образцовый конденсатор, выходы генераторов подключены к входам МК, индикатор подключен к одному из портов МК (см. пат. РФ №2214610, кл. G01 27/26).
Недостаток известного решения - ограничены функциональные возможности, устройство не может быть использовано для измерения скорости потока газа или жидкости.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятое авторами за прототип является микроконтроллерное устройство для измерения частоты вращения вала, содержащее МК, индикатор, емкостный датчик, образцовый конденсатор, два резистора. Первые обкладки емкостного датчика и образцового конденсатора подключены к общему проводу, вторые обкладки датчика и образцового конденсатора подключены, соответственно, к первому и второму входам аналогового компаратора МК и к первым выводам обоих резисторов, вторые выводы которых подключены к выходам МК (см. пат. РФ №2214610, кл. G01 27/26).
Недостаток известного решения - ограничены функциональные возможности, устройство не может быть использовано для измерения скорости потока газа или жидкости.
Раскрытие изобретения
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к расширению функциональных возможностей микроконтроллерного измерительного преобразователя, а именно к измерению скорости потока газа или жидкости.
Технический результат достигается тем, что в микроконтроллерный измерительный преобразователь скорости потока газа или жидкости, содержащий МК, первый и второй резисторы, емкостный датчик, причем первый и второй резисторы подключены первыми выводами соответственно к первому и второму выходам МК, второй вывод первого резистора подключен к первой обкладке емкостного датчика и к первому входу аналогового компаратора МК, вторая обкладка емкостного датчика подключена к минусовой клемме источника питания МК, введены терморезистор и управляемый источник опорного напряжения, причем первый вывод терморезистора подключен ко вторым выводам первого и второго резисторов, второй вывод терморезистора подключен к третьему выходу МК, вход управляемого источника опорного напряжения подключен к выходу первого широтно-импульсного модулятора МК, выход управляемого источника опорного напряжения подключен ко второму входу аналогового компаратора МК, выход второго широтно-импульсного модулятора МК подключен к первому входу аналогового компаратора МК.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена структурная схема микроконтроллерного измерительного преобразователя скорости потока газа или жидкости.
Осуществление изобретения
Микроконтроллерный измерительный преобразователь скорости потока газа или жидкости содержит (фиг.1) МК 1, первый резистор 2, второй резистор 3, термосопротивление 4, емкостный датчик 5, управляемый источник опорного напряжения 6, первые выводы резисторов 2 и 3 подключены соответственно к первому и второму выходам МК 1, вторые выводы резисторов 2 и 3 подключены к первой обкладке емкостного датчика 5 и к первому входу аналогового компаратора (на фиг.1 не показан) МК 1, вторая обкладка емкостного датчика 5 подключена к минусовой клемме источника питания МК 1, первый вывод терморезистора 4 подключен ко вторым выводам первого резистора 2 и второго резистора 3, второй вывод терморезистора подключен к третьему выходу МК 1, к выходу первого широтно-импульсного модулятора (ШИМ) (на фиг. не показан) МК 1 подключен вход управляемого источника опорного напряжения 6, выход которого подключен ко второму входу аналогового компаратора МК 1, выход второго ШИМ (на фиг.1 не показан) МК 1 подключен к первому входу аналогового компаратора МК 1.
Микроконтроллерный измерительный преобразователь скорости потока газа или жидкости работает следующим образом.
МК 1 переводит первый и второй выходы в высокоомное состояние и подключает выход первого ШИМ к первому выводу термосопротивления 4. От импульсного тока ШИМ-сигнала термосопротивление 4 нагревается. Мощность, рассеиваемая на термосопротивления 4, пропорциональна коэффициенту заполнения ШИМ-сигнала второго ШИМ. Через некоторое время МК 1 переводит выход второго ШИМ в высокоомное состояние, что равнозначно его отключению от термосопротивления 4. МК 1 переходит в режим измерения значения термосопротивления 4. Для этого МК 1 линейно увеличивает коэффициент заполнения выходного сигнала первого ШИМ. Как только аналоговый компаратор поменяет на выходе логический уровень, МК 1 определяет по коэффициенту заполнения выходного сигнала первого ШИМ значение напряжения, падающего на термосопротивлении 4, и определяет значение термосопротивления 4, а следовательно и скорость потока газа.
Для повышения точности измерения скорости потока газа МК 1 определяет влажность этого газа, путем измерения емкости датчика 5 влажности газа. Измерение емкости осуществляется следующим образом.
МК 1 переводит первый и третий выходы в высокоомное состояние, очищает встроенный счетчик импульсов, подает на емкостный датчик 5 через резистор 2 высокий уровень напряжения и запускает встроенный счетчик импульсов от внутреннего генератора тактовых импульсов. Как только напряжение на емкостном датчике 5 превысит напряжение на втором входе аналогового компаратора, на выходе последнего поменяется логический уровень. По этому сигналу МК 1 останавливает счетчик, в котором к данному моменту будет сформирован двоичный код пропорциональный постоянной времени τ заряда емкостного датчика 5. Используя известное выражение τ=RC, МК 1 определяет из выражения C=τ/R емкость емкостного датчика 5. Сопротивление R резистора 2 известно. Затем МК 1 учитывает влияние влажности контролируемого газа на измерение скорости его потока и передает результат через встроенный стандартный последовательный интерфейс, например, в программируемый логический контроллер.
Если производится измерение скорости потока жидкости, то МК 1 учитывает, используя специальный алгоритм, температуру контролируемой жидкости.
Преимущества изобретения: расширены функциональные возможности микроконтроллерного измерительного преобразователя, который позволяет измерять скорость потока газа, его влажность или скорость потока жидкости.