熱式氣體質(zhì)量流量計組合熱膜探頭新型設計

 熱式氣體質(zhì)量流量計在風(fēng)速儀的基礎上發(fā)展起來(lái)，一般用來(lái)測量氣體的質(zhì)量流量。其具有壓損低，測量范圍度大，無(wú)可動(dòng)部件以及可用于極低氣體流量監測和控制等特點(diǎn)。在氣體流量檢測領(lǐng)域已得到一定的應用。

    早期的熱式氣體質(zhì)量流量計也有用（一般是直徑為3～20μm的鉑絲）作探頭的，但由于結構上的原因，置于氣流中，比較容易損壞。熱膜探頭就是因為能夠克服探頭容易損壞的缺點(diǎn)得到廣泛應用的。目前使用的熱膜探頭一般都是在微小的陶瓷基片上沉積金屬鉑形成的熱膜探頭[6-8]，具有結構牢固、反應靈敏、一致性好等特點(diǎn)。

    組合熱膜探頭將多個(gè)電阻集成在同一陶瓷基片上，是目前比較新穎的熱式流量探頭。一般在同一陶瓷基片上集成兩個(gè)熱膜電阻，一個(gè)作加熱使用，一個(gè)作補償使用。兩個(gè)電阻或獨立引線(xiàn)（4線(xiàn)），或接成公共端引線(xiàn)（3線(xiàn)）。

  從內部結構可以看到，該探頭是將加熱電阻和補償電阻串聯(lián)集成在一片底層陶瓷基片上，基片厚度僅為0.15mm，兩個(gè)電阻由三條低阻導線(xiàn)引出，探頭尺寸為7mm×2.4mm。傳感元件包括兩個(gè)固定于底層基片的隨溫度變化的鉑膜電阻和一個(gè)公共端，其中低阻值電阻的一塊小區域用作加熱電阻RH，在0℃時(shí)，探頭電阻為45Ω（±0.5%）；而另外一個(gè)高阻值電阻用作補償電阻RC，在0℃時(shí)，探頭電阻為1200Ω（±0.5%）。因為它的熱容量低，傳感器有較快的加熱和冷卻的反應時(shí)間。

   對于熱式氣體質(zhì)量流量計來(lái)說(shuō)，它的流量檢測是根據熱平衡原理，電流流過(guò)熱膜探頭所產(chǎn)生的熱量應該等于流體流過(guò)熱膜探頭所帶走的熱量。在恒溫工作模式下，利用惠斯登電橋可以得到與流量成一定對應關(guān)系的電壓輸出，然后經(jīng)過(guò)信號放大電路使電壓信號進(jìn)入MSP430單片機的A/D轉換模塊轉換為數字量，并進(jìn)行流量的積算，zui終使其具有瞬時(shí)流量和累積流量的液晶顯示。

組合熱膜探頭檢測電路設計

    組合熱膜探頭主要包括溫度補償電路和信號放大兩部分，其中溫度補償橋路*是在探頭散熱特性的基礎上進(jìn)行設計，在整個(gè)檢測電路中具有很重要的作用。探頭散熱特性試驗和補償設計原則與單熱膜探頭類(lèi)似。不同點(diǎn)是組合熱膜探頭的補償電阻與加熱電阻在同一陶瓷基片上，所以，加熱電阻的熱量必定會(huì )影響補償電阻感受介質(zhì)溫度。為了消除這種影響，可以在探頭散熱特性試驗時(shí)預先檢測加熱探頭在不同環(huán)境溫度下對補償探頭測溫的影響，并在補償橋路設計時(shí)加以扣除。

    加熱探頭RH和補償探頭RC都安裝在流通管道中，兩個(gè)探頭與固定電阻R1和R2組成測量橋路。管道中氣流靜止時(shí)，根據加熱探頭的散熱特性設計的橋路參數將使通過(guò)加熱探頭RH的電流IH維持在某一靜態(tài)電流以維持探頭溫度TH。當氣流通過(guò)管道時(shí)，探頭溫度TH有下降的趨勢，這一趨勢通過(guò)反饋能及時(shí)增加探頭電流IH來(lái)維持探頭原有的溫度TH，這就是恒溫工作方式。