4 熱式氣體質量流量計設計
4.1探頭電阻
要使熱式氣體質量流量計正常工作,就必須使探頭溫度達到一定水平,也就是要給熱式探頭提供一定的能量.探頭電阻的設計選取,除了直接與探頭工作溫度、工作電流等指標有關之外,還與探頭結構及其幾何尺度有關.
探頭結構的散熱條件對探頭工作溫度影響極大,如探頭封裝厚度等條件,即使幾何尺寸、散熱面積和探頭體積等參數均差不多的兩個熱膜探頭,在同樣的加熱電流條件下,試驗發現其熱性能也可有很大的差異,甚至可以是成倍的差異.所以,散熱條件越好,可以選用相對大一點的探頭電阻.
散熱面積越小,探頭工作溫度就越高.例如裸露的,由于它*暴露在氣流中,散熱條件應該很好;但探頭與熱膜探頭試驗比較發現,由于直徑非常小,散熱面積比熱膜陶瓷基片要小得多,而熱絲的體積與熱膜陶瓷基片比更加微小,所以熱絲的熱容量很小,熱容量小和散熱面積小都將導致探頭的工作溫度提高.同樣的工作條件下,熱絲的溫度要遠高于熱膜溫度,所以,對于,應該選用較小的探頭電阻.
另外,探頭電阻設計與工作電流有密切關系,如果希望有較小的工作電流,就應選用較大的探頭電阻.目前常用的熱式探頭電阻有10Ω及以下的探頭,以及20Ω、45Ω的熱膜探頭等.
4.2供電電源
要使熱式氣體質量流量計正常工作,就必須使探頭溫度達到一定水平,也就是要給熱式探頭提供一定的能量.從式(5)可知,提供的能量為W=IHRH.對于一定幾何尺度和結構的熱式探頭,如果其散熱條件等因素也相似,則欲保持一定探頭溫度水平的能量也應相近.所以,如果提高探頭電阻,則加熱電流可以減小,但減小的幅度并不一樣,探頭兩端電壓將有所增加,對于一定的供電電源電壓,探頭電阻的增加將有一限值,并不能一味地用提高電阻的方法來降低電流.
對于低壓供電電源,原則上應降低探頭電阻,以增加加熱電流的方法來維持探頭能量.但探頭電阻一般無法隨意改變,只有有限的幾種可供選擇.所以,當供電電壓較小時,應盡量減小圖1中的取樣電阻Ri的阻值,以避免出現大流量信號的飽和現象.
4.3熱式氣體質量流量計結構設計
無論是熱式氣體質量流量計或熱式風速儀,熱式探頭在氣流通道上的安裝位置與結構,補償探頭的安裝位置與結構,對流量測量都有明顯影響.主要有:加熱探頭位置是否固定,探頭與周圍固定架之間的距離對散熱是否有影響,能否有效地感受流體的真實流速,補償探頭能否有效地感受流體溫度,其自熱效應有多大影響,對氣流的流動是否有阻礙等問題,都是流量計結構設計時應充分考慮的問題,試驗表明,這些因素對流量計的測量精度和穩定性有明顯影響。
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