熱式氣體質(zhì)量流量計是流量計發(fā)展歷史的一次重大變革,使流量測量直接轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量流量的測量.根據(jù)測量時熱式質(zhì)量流量計所使用的流量測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流體運動形態(tài)的影響較小,測量范圍大,響應(yīng)性能也很好,但是,這種類型的傳感器探頭對機械強度要求較高、在傳感器材料選擇上受到較大的限制；同時,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 的小流量氣體的測量,在本課題中所需要測量的流量范圍較大,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探頭：一個流量探頭(Rp),一個溫度探頭(Rtc).目前,市場上所使用的大部分熱式氣體質(zhì)量流量計傳感器探頭主要是基準(zhǔn)鉑電阻.工作的時候,兩個探頭以一定的機械結(jié)構(gòu)固定于管道中,可以通過熱源探頭上電壓信號量或者加熱功率的改變來衡量流量的變化.工作中要求兩個傳感器探頭對流量的響應(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)計兩方面進(jìn)行設(shè)計,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,會嚴(yán)重影響控制電路正常工作,使測量的結(jié)果與管道流量的實際狀況出現(xiàn)較大偏差,所以減小探頭的熱阻是設(shè)計熱電阻式傳感器的關(guān)鍵.
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