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技術论文  

热式气体质量流量计的硬件电路设计


发布日期:2022-08-31 点击:31次
  速热式热水器的气体高质量热度计系统框图如图4所示。电路主要分为3部分:信号调理电路、电源电路和控制电路。信号调理电路由桥式电路和差分放大电路组成;电源电路由LM317和数字电位器X9111组成;控制电路主要以STM32F103C86T为核心。双探头的阻值随着温度和流量的变化而变化。因此信号调理电路的平衡被打破,其信号由控制电路采集进行判断。STM32根据当前速度探头支路电流进行判断。如果小于0.09A,采用恒温差法,调节电源输入,使得电桥保持平衡,采集电流值,依据电流与流量之间的关系求得流量;如果大于0.09A,采用恒功率法,调节电源输入,使得速度探头功耗恒定,测得双探头温度差,依据温度差与流量之间的关系求得流量。最后所测结果通过USART接口传输至上位机。 
 
1.信号调理电路 
  信号调理电路如图5所示,信号调理电路相邻两端为PT20和PT1000,另外两端电阻为20Ω的电阻R2和1kΩ的电阻R1,在PT1000电阻一端有补偿电阻R3,R1和R2两端的电势差经差分放大后为U2。差分放大电路中R4=R6,R5=R7。可调直流电源提供电压U1。无任何气体流过时,速度探头的温度比温度探头高100℃,补偿电阻R3保证电桥平衡,此时电势差U2为0,电势差U2由AD7066芯片进行采集。R1、R2两端电压U3、U4由AD7066采集后,除去阻值即可得到速度探头和温度探头支路电流I1和I2。若I1值小于0.09A,采用恒温差法,根据I1值求得流量。当进气流量增大时,速度探头发生热对流,被气体带走一部分热量,温度降低,阻值减小,电桥平衡被打破。控制电路根据电势差U2增大U1输入,I1增大使得速度探头功耗增大,温度上升,阻值上升,电桥重新平衡;而当进气流量减小,速度探头温度升高,阻值增加,则减小U1输入,减小I1,减小速度探头功耗,速度探头温度降低,阻值减小,电桥重新平衡。若I1值大于0.09A,采用恒功率法进行测量,根据温度差求得流量。进气流量增大,速度探头温度降低,阻值减小,功耗增大,减小U1输入,使得速度探头功耗维持定值;进气流量减小,速度探头温度升高,阻值增大,功耗减小,增大U1输入,使得速度探头功耗维持定值。温度差公式如式(6)所示。 
 
2.电源电路 
  电源电路如图6所示,以LM317为核心。LM317是应用最为广泛的电源集成电路之一,它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式,又具备输出电压可调的特点。此外,还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。选用数字电位器X9111作为可调电阻RL。X9111总共拥有1024个轴头,采用SPI接口通信,具有使用灵活、调节精度高等优点。X9111最大阻值为100kΩ,同时其功耗相比于其他电位器而言很低。 
 
3.控制电路 
  
热式气体质量流量计操纵线路以STM32F103C8T6为核心区根据轻柔的软件体系,引出来够的I/O口以作开拓。而且电磁波冶疗线路效果的电势差U2存在正负极导电性,但是STM32F103C8T6自身AD提取不能需求需求,运用AD7066电子器件采取提取。AD7066自身大数字滤波器,有9个提取通畅,可以支持真±10V或±5V的双导电性电磁波搜索电流值。AD7066有并口接到线和SPI串口接到线2种接到线的方式,此页利用SPI串口接到线。STM32轻柔的软件体系与AD7066彼此的接到线如表1如下图所示。AD7066的V1~V4口分別提取U1~U4的的电压值值。STM32能够 对电极电阻器X9111的RL操纵转变的电压效果的电压值尺寸大小。STM32的PB13口接X9111的SCK口,PB14口接X9111的SO口,PB15口接SI口。 

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