熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)是流量計(jì)發(fā)展歷史的一次重大變革,使流量測(cè)量直接轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量流量的測(cè)量.根據(jù)測(cè)量時(shí)熱式質(zhì)量流量計(jì)所使用的流量測(cè)量元件的加工工藝的不同,常用的傳感器探頭可以分為：熱線熱式流量傳感器、熱敏電阻式傳感器、半導(dǎo)體集成電路式傳感器等.
熱式流量傳感器探頭對(duì)流體運(yùn)動(dòng)形態(tài)的影響較小,測(cè)量范圍大,響應(yīng)性能也很好,但是,這種類型的傳感器探頭對(duì)機(jī)械強(qiáng)度要求較高、在傳感器材料選擇上受到較大的限制；同時(shí),加熱溫度僅能達(dá)到400~500℃.此外,由于流體中的微小顆粒容易粘附到熱線上,抗污染腐蝕能力較差,易損壞使熱線的特性發(fā)生不穩(wěn)定性變化,熱線一致性差,難以進(jìn)行批量生產(chǎn).
半導(dǎo)體式傳感器探頭是以單晶硅為基體,使用硅微機(jī)械加工而成的微橋結(jié)構(gòu).半導(dǎo)體式傳感器探頭多用于0～25mL/min 的小流量氣體的測(cè)量,在本課題中所需要測(cè)量的流量范圍較大,不能滿足使用要求.圖2-2是典型的半導(dǎo)體式傳感器探頭結(jié)構(gòu).
熱電阻式傳感器主要有兩個(gè)探頭：一個(gè)流量探頭(Rp),一個(gè)溫度探頭(Rtc).目前,市場(chǎng)上所使用的大部分熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)傳感器探頭主要是基準(zhǔn)鉑電阻.工作的時(shí)候,兩個(gè)探頭以一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)固定于管道中,可以通過(guò)熱源探頭上電壓信號(hào)量或者加熱功率的改變來(lái)衡量流量的變化.工作中要求兩個(gè)傳感器探頭對(duì)流量的響應(yīng)盡可能的快,且要保證散熱同步,傳感器探頭的靈敏度最高,這為傳感器探頭的設(shè)計(jì)增添了一定的難度.
如圖2-3鉑電阻的典型結(jié)構(gòu)所示,鉑電阻在在管道內(nèi)與流體進(jìn)行熱交換的過(guò)程中,鉑電阻的表面和內(nèi)部鉑絲之間存在熱阻,阻礙熱量的交換.因此,必須從鉑電阻元件的選擇和傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì),盡量減小鉑電阻內(nèi)部和表面的熱阻.如果熱阻較大,熱敏電阻表面和內(nèi)部就會(huì)存在很高的溫度差高,出現(xiàn)流量探頭和溫度探頭已經(jīng)達(dá)到恒定溫差的假象,會(huì)嚴(yán)重影響控制電路正常工作,使測(cè)量的結(jié)果與管道流量的實(shí)際狀況出現(xiàn)較大偏差,所以減小探頭的熱阻是設(shè)計(jì)熱電阻式傳感器的關(guān)鍵.
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