便携式液体小流量标准流量测量装置的制作方法

1.本实用新型属于液体小流量测量装置技术领域，尤其涉及一种便携式液体小流量标准流量测量装置。


背景技术：

2.芯片半导体制造业、生物工程、医药化工等行业越来越多的需要进行液体小流量，液体小流量往往指流量在5ml/h以下。
3.现有技术中，记载的有液体小流量的制备装置，例如，专利号为：201811052039.1，专利名称为：一种基于线性膨胀系数的超微小流量标准装置；专利权人为：浙江省计量科学研究院）的一个专利文件，公开了利用工作液体的线性膨胀特性和液体腔的体积不随温度变化的特性，对恒温水箱达到温度的精密控制，从而产生随单位体积工作液体的微小流量的技术方案。
4.但是对于液体小流量的检测一直是一个痛点，现有技术对小流量在线计量技术要求高，不但要测得准，还要能满足实验现场的计量需要。
5.研究人员为提供小流量计量，进行了大量的研究，目前绝大多数的小流量装置都是活塞式的，即通过活塞移动的距离测量液体的体积。
6.也有利用高精度电子秤进行小流量测量的装置，例如德国联邦物理技术研究院（the concept of a new primary standard for liquid flow measurement at ptb braunschweig）利用静态质量法研制了一套流量标准装置。
7.但是目前的装置普遍存在两个问题：
8.一是：体积较大且不便于移动。因为装置包括活塞等结构，装置无法做到作为实验现场的校准装置；
9.二是：活塞的往复移动、电子秤的长时间工作，都会受到温度、压力的影响，减速电机、活塞加工精度等均影响对小流量计量精度，尤其是在小流量、微小流量下的计量误差影响非常明显。因此传统的计量方法受到各种限制，无法很好的用于现场对小流量的计量。


技术实现要素：

10.本实用新型旨在提供一种结构简单、使用效果好、准确度高的便携式液体小流量标准流量测量装置。
11.为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：便携式液体小流量标准流量测量装置，包括箱体以及集成于箱体内的测试组件和显示组件；测试组件包括处理模块、测试管道、发光模块和受光模块，发光模块和受光模块分别位于测试管道两侧，且两者相对设置；受光模块将接收到的信号传输到处理模块，处理模块将信号传输到显示组件。
12.发光模块包括led发光二极管阵列；受光模块包括多个光电二极管。
13.测试管道为透明管道，透明管道的透光率为92%。
14.处理模块包括触发电路、放大电路、cpld处理器；受光模块将接收到的光信号传输
到触发电路，触发电路的信号输出端依次连接放大电路、cpld处理器。
15.触发电路包括电压比较器、第一补偿电容、第二补偿电容和rc电路；ccd阵列包括多个并联的光电二极管；各个光电二极管的正极均接地，各个光电二极管的负极连接电压比较器的反相输入端，电压比较器的同相输入端接地；电压比较器的反相输入端和输出端之间连接第一补偿电容；电压比较器的输出端连接rc电路；电压比较器的反相输入端与rc电路之间连接并联连接的第二补偿电容和补偿电阻。
16.放大电路包括运算放大器和仪表放大器，运算放大器的同相输入端通过第一电容连接光电传感器的信号输出端，运算放大器的同相输入端还通过第一电阻接地；运算放大器的反相输入端通过第二电阻连接运算放大器的输出端；运算放大器的输出端通过第五电容连接仪表放大器的同相输入端；仪表放大器的反相输入端通过第五电阻接地；仪表放大器的输出端连接cpld处理器。
17.还包括驱动电路，驱动电路包括第一场效应管m1、第二场效应管、第一保护二极管、第二保护二极管、第一电阻和第二电阻；cpld处理器的信号输出端连接第一场效应管m1的g极、第二场效应管的g极、第一电阻的第一端；第一电阻的第二端接地；第一场效应管m1的s极连接直流电压；第一场效应管m1的d极连接第二电阻的第一端，第二电阻的第二端连接第二场效应管的d极，第二场效应管的s极接地；第一保护二极管的正极连接第一场效应管m1的d极，第一保护二极管的负极连接第一场效应管m1的s极；第二保护二极管的正极连接第二场效应管的s极，第二保护二极管的负极连接第二场效应管的d极，第二场效应管的d极连接输出线。
18.显示组件包括平板电脑，cpld处理器上连接有无线网卡，cpld处理器通过无线网卡将驱动电路输出的信号传输到平板电脑进行显示。
19.cpld处理器的型号为7128slc84-15。
20.显示组件包括显示模块，cpld处理器的输出线连接显示模块。
21.通过以上技术方案，本实用新型的技术效果如下：1、本实施例中，将测试组件集成于箱体中，装置可移动，极大的方便了小流量在线校准、测量；2、本装置可以实现不同流动方向下透明液体在小流量下的校准、检定需求；工作效率高，测试更加准确可靠；3、采用光电无接触式，不会对液体进行扰动，同时，使用寿命长，后期维护成本低。
附图说明
22.图1为本实用新型结构示意图；
23.图2为实施例1的cpld处理器电路原理图；
24.图3为触发电路原理图；
25.图4为放大电路原理图；
26.图5为驱动电路原理图；
27.图6为实施例2电路原理图。
具体实施方式
28.实施例1，便携式液体小流量标准流量测量装置，如图1~5所示，包括箱体，箱体底部连接有底座，底座可升降，且底座底面设有万向轮；箱体上表面设有把手，方便移动和携
带。
29.箱体内集成有测试组件，测试组件用于对流量信息进行检测。当需要使用时，将箱体打开，使得测试组件显露出来即可。本实施例中，不涉及对箱体本身的改进，只要能够容纳测试组件即可，如，长方体状的一个箱体即可。附图部分，没有显示箱体具体结构的附图。
30.测试组件用于对液体小流量进行检测，本实施例中，测试组件包括处理模块、测试管道14、发光模块11和受光模块12。
31.发光模块11和受光模块12分别位于测试管道14两侧，且两者相对设置；受光模块12将接收到的信号传输到处理模块。通过设置发光模块11和受光模块12实现了流量信息的光电测量，在不接触的情况下进行了数据的采集，对流量扰动小，准确度更高。
32.本实施例中使用的测试管道14为透明管道，透明管道的透光率为92%。
33.发光模块11包括led发光二极管阵列，led发光二极管阵列包括多个发光二极管，各个发光二极管并联连接，且各个发光二极管的正极接地，各个发光二极管的负极可以通过接地电阻接地。
34.受光模块12包括并联连接的光电二极管阵列，各个发光二极管与各个光电二极管相对设置。
35.发光模块发出的光信号，透过透明管道后，被受光模块接收到，受光模块将接收到的光信号传输到处理模块。
36.处理模块包括触发电路131，触发电路131将光信号转换为电流信号。
37.测量时，测试管道14内的液面以上和液面以下的透光性不同，通过触发电路产生反映不同光强的光信号转换成电信号。
38.触发电路131包括电压比较器u8、第一补偿电容cf1、第二补偿电容cf2和rc电路，受光模块12的信号输出端连接触发电路的信号输入端，通过触发电路将光信号转换为电信号，从而易于测量。
39.受光模块12共有两个光电二极管，第一光电二极管d3和第二光电二极管d4，第一光电二极管d3和第二光电二极管d4的正极均接地，第一光电二极管d3和第二光电二极管d4的负极连接电压比较器u8的反相输入端，电压比较器u8的同相输入端接地。电压比较器u8的反相输入端和输出端之间连接第一补偿电容cf1。
40.电压比较器u8的输出端连接有第六电阻r6，第六电阻r6的第一端连接电压比较器u8的输出端，第六电阻r6的第二端通过第八电容c8接地。同时，第六电阻r6的第二端作为触发电路的输出端。
41.本实施例中，第六电阻r6和第八电容c8组成rc电路，可以对触发电路的输出信号进行滤波。
42.另外，为了提高触发效果，电压比较器u8的反相输入端与第六电阻r6的第二端之间连接有并联连接的第二补偿电容cf2和补偿电阻rf。
43.触发电路131的信号输出端连接放大电路132，由于触发电路131得到的流量信号非常微弱，直接输出到后续电路往往会被噪声淹没，故设置放大电路132用于对测量的微弱的流量信号进行放大，使输出的信号有良好的线性和抗干扰能力。
44.放大电路132包括电路板和集成于电路板上的运算放大器u4及仪表放大器（型号为ina103）u5。
45.本实施例中，选用型号为ina103的仪表放大器，其内部本身集成普通运放，在继承了普通运算放大器的性能上，还具有普通运算放大器所不具备的优点。如有很高的输入阻抗，一般都不低于109欧；有很好的共模抑制比，一般不低于50db，能很好地抑制共模信号；具有较高的增益带宽，能实现增益从1～1000可调节。
46.放大电路选用的电路板需选用漏电流小的高绝缘电路板。为保证运算放大器u4及仪表放大器u5的正常使用，在运算放大器u4及仪表放大器u5的第一电源端上均连接有第一电源电路；运算放大器u4及仪表放大器u5的第二电源端上均连接有第二电源电路。
47.其中，第一电源电路包括第一电源转换芯片u6（型号为7812），第一电源转换芯片u6的输入端连接直流电源，第一电源转换芯片u6的输入端和输出端分别通过第六电容c6和第七电容c7接地，第一电源转换芯片u6的输出端运算放大器u4及仪表放大器u5的第一电源端。
48.第二电源电路包括第二电源转换芯片u7（型号为7912），第二电源转换芯片u7的输入端连接直流电源，第二电源转换芯片u7的输入端和输出端分别通过第二电容c2和第三电容c3接地，第二电源转换芯片u7的输出端运算放大器u4及仪表放大器u5的第二电源端。
49.运算放大器u4的同相输入端通过第一电容c1连接触发电路的第六电阻r6的第二端。运算放大器u4的同相输入端还通过第一电阻r1接地；运算放大器u4的反相输入端通过第二电阻r2连接运算放大器u4的输出端；运算放大器u4的反相输入端还通过第三电阻r3接地。
50.运算放大器u4的输出端通过第五电容c5连接仪表放大器u5的同相输入端；仪表放大器u5的同相输入端通过第四电阻r4接地，同时，仪表放大器u5的反相输入端通过第五电阻r5接地；仪表放大器u5的输出端连接cpld处理器u1的i/o口。
51.其中，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4和第五电阻r5选用金属膜电阻。第八电容c8选用胆电容或瓷介电容，触发电路和放大电路连接的导线采用尽量短的屏蔽电缆。
52.cpld处理器u1的型号为7128slc84-15，cpld处理器u1对于接收到的信号进行数字滤波，其中，数字滤波的程序为成熟的现有程序，本实施例不涉及对数字滤波程序的改进。
53.cpld处理器u1的信号输出端连接驱动电路，驱动电路提高信号的驱动能力使得输出信号经过传输后不衰减。
54.驱动电路134包括第一场效应管m1、第二场效应管m2、第一保护二极管d1、第二保护二极管d2、第七电阻r7和第八电阻r8；cpld处理器u1的信号输出端连接第一场效应管m1的g极、第二场效应管m2的g极、第六电阻r6的第一端；第七电阻r7的第二端接地；第一场效应管m1的s极连接直流电压；第一场效应管m1的d极连接第八电阻8的第一端，第八电阻8的第二端连接第二场效应管m2的d极，第二场效应管的s极接地；第一保护二极管d1的正极连接第一场效应管m1的d极，第一保护二极管d1的负极连接第一场效应管m1的s极；第二保护二极管d2的正极连接第二场效应管m2的s极，第二保护二极管d2的负极连接第二场效应管m2的d极。
55.为便于显示，在cpld处理器u1上连接有无线网卡u2（型号为cs8900），无线网卡u2将信号无线传输到显示组件。显示组件包括平板电脑，平板电脑对采集到的流量信息进行显示。cpld处理器u1将信号通过无线网卡u2传输到平板电脑进行显示为成熟的现有技术，
其实现方式本实施例不再赘述。
56.使用方法为：开启本装置，液体进入到测试管道14，发光模块工作，光线透过测试管道14后被受光模块接收到，受光模块将接受到的光信号传输到触发电路，触发电路将光信号转换为受光强变化而变化的脉冲信号，脉冲信号被放大电路放大，经过放大的信号被送入到cpld处理器u1，cpld处理器u1利用现有的方法对信号进行数字滤波；随后，输出信号到驱动电路，通过驱动电路的处理避免后续传输过程中的损益，经过驱动电路后，信号通过无线网卡u2传输到平板电脑，在平板电脑显示屏上进行显示即可。cpld处理器u1将信号传输到平板电脑进行显示为成熟的现有技术，具体实现方式本实施例不再赘述。
57.实施例2，本实施例与实施例1的不同之处在于：如图6所示，显示组件包括显示模块u3，cpld处理器u1的io口连接显示模块u3（型号为lcd1602）。从cpld处理器u1输出的信号在显示模块u3的显示屏上进行显示。
58.本实用新型所述的装置，箱体可移动，极大的方便了小流量液体在线校准、测量，能满足各种透明液体在小流量下的校准、检定需求，工作效率高；同时，不会对液体进行扰动测试更加准确可靠。