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一般來說，使用熱線風(fēng)速計(jì)來測(cè)量氣流。現(xiàn)在有一個(gè)代替方法，那就是利用兩個(gè)薄膜鉑電阻溫度傳感器。高性能的混合信號(hào)微處理器可以測(cè)量氣流并驅(qū)動(dòng)顯示，從而減少元件數(shù)量，降低系統(tǒng)成本。 氣流是通過空氣流動(dòng)經(jīng)過一個(gè)加熱電阻時(shí)的冷卻效應(yīng)來進(jìn)行檢測(cè)的(如圖)。R5和R7這兩個(gè)RTD本來是帶線性溫度反應(yīng)的電熱調(diào)節(jié)器。而T6和R7組成了流量傳感器。R7上的偏置有意設(shè)成了低于R5的偏置。R6和R7是熱連接的，所以當(dāng)R7被R6加熱時(shí)，R7的電阻就增加。 隨著R7電阻的增加，它上面的電壓也增加，直到等于R6上的電壓。此時(shí)，片上運(yùn)算放大器(OPA)上的輸出增加到高于比較器的參考電壓。然后，比較器關(guān)閉了脈沖開關(guān)模式控制器(PSMC)，從而停止給R6加熱。隨著流動(dòng)空氣使R6冷卻，為保持同樣的R7電阻和電壓，就需要更多的功率來加熱R6、R7。 兩個(gè)分壓器，R2/R5和R1/R7,可以彌補(bǔ)由于環(huán)境溫度的改變帶來的影響。R2 和R5在OPA的輸出和其反相輸入之間組成了分壓器，相似地，R1和R7在可變式數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和OPA的非反相輸入之間形成了一個(gè)分壓器。由于R5和R7是一樣的RTD，自我加熱和環(huán)境溫度的改變而帶來的電阻偏差在OPA的輸入處就互相抵消了。 R6的加熱是由一個(gè)閉環(huán)控制的，該閉環(huán)由OPA，比較器，PSMC和R6的驅(qū)動(dòng)Q1組成。當(dāng)流動(dòng)空氣冷卻R6時(shí)，R7的電阻降低，OPA的輸出電壓降到VR以下，而比較器的輸出就升高。這使得PSMC可以傳輸輸出脈沖來驅(qū)動(dòng)Q1，并將額外電能加到R6上，從而產(chǎn)生更多的熱量。 PSMC是為了脈沖跳越而配置的，因此為保持平衡，只產(chǎn)生必需的脈沖來保持R7適宜的溫度和電阻，來匹配R5上的電壓。DAC的輸出是用來通過調(diào)整R7的偏置來調(diào)整靜止空氣中的平衡點(diǎn)。當(dāng)偏置很高時(shí)，R6要達(dá)到平衡電阻水平所需的熱量就更少。靜止空氣中的熱量更低，意味著潛在驅(qū)動(dòng)輸出中有足夠的凈空，但也意味著偏差由于冷卻和低靈敏度而降低。當(dāng)偏置較低時(shí)，R7就要求更多的熱量。更多熱量會(huì)產(chǎn)生更好的冷卻效果，而靈敏度也因此而增高。 對(duì)R6的驅(qū)動(dòng)是有限制的，因此如果偏置太低，就無法獲得平衡電阻和電壓。也就是說，當(dāng)偏置較低時(shí)，靈敏度較好，但是潛在加熱驅(qū)動(dòng)中的凈空就較少。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以斷定，當(dāng)OPA的輸出為低于VR的100mV時(shí)，R6的加熱就會(huì)受限，此時(shí)可以達(dá)到一個(gè)較好的偏置點(diǎn)。 傳給R6上的能量是和流動(dòng)空氣的冷卻效果是呈正比的。通過計(jì)算驅(qū)動(dòng)R6的時(shí)間可測(cè)量能量。PIC16C781微控制器有一個(gè)積分計(jì)時(shí)器1。通過連接PSMC輸出和計(jì)時(shí)器1門輸入，計(jì)時(shí)器1將只在PSMC輸出為低時(shí)才計(jì)時(shí)。通過清零計(jì)時(shí)器1，利用計(jì)時(shí)器0來等待一段時(shí)間，然后在該時(shí)段結(jié)束前讀取計(jì)時(shí)器1，來確定平均PSMC驅(qū)動(dòng)時(shí)間。因?yàn)樵撻T在低電平時(shí)為邏輯為真，門電壓值越高，意味著傳輸?shù)絉6上的能量就越少。 十段的發(fā)光二極管(LED)條線圖顯示相關(guān)的氣流。該圖介紹了如何用五個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)十個(gè)段，每個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)兩個(gè)段。當(dāng)輸出很高時(shí)，一個(gè)LED被驅(qū)動(dòng)，但當(dāng)輸出很低時(shí)，另一個(gè)LED被驅(qū)動(dòng)。而當(dāng)輸出為高阻抗時(shí)，兩個(gè)LED都不會(huì)被驅(qū)動(dòng)。 PIC16C781的DAC積分使得R7的偏流可以進(jìn)行自動(dòng)歸零。通電初始化后首先就要通過微控制器內(nèi)置的校準(zhǔn)功能對(duì)OPS的偏移量進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)后，DAC最先設(shè)置為3V的輸出。RTD溫度可以保持6秒鐘。接著，使用計(jì)時(shí)器1和其門輸入測(cè)量出平均PSMC驅(qū)動(dòng)時(shí)間。如果測(cè)出的值在預(yù)計(jì)零位值的顯示分辨率范圍之內(nèi)的話，歸零程序跳出，而測(cè)量和顯示都會(huì)繼續(xù)。如果測(cè)出的值在預(yù)計(jì)值范圍之外，那么DAC就會(huì)上調(diào)或下調(diào)來彌補(bǔ)偏差。在6秒鐘后，會(huì)進(jìn)行下一次測(cè)量。這個(gè)過程在不斷重復(fù)，直到R7的偏置達(dá)到所要求的水平。 |
