热式气体质量流量计原理及影响
时间:2013-04-13 阅读:861
4 热式气体质量流量计设计
4.1探头电阻
要使热式气体质量流量计正常工作,就必须使探头温度达到一定水平,也就是要给热式探头提供一定的能量.探头电阻的设计选取,除了直接与探头工作温度、工作电流等指标有关之外,还与探头结构及其几何尺度有关.
探头结构的散热条件对探头工作温度影响极大,如探头封装厚度等条件,即使几何尺寸、散热面积和探头体积等参数均差不多的两个热膜探头,在同样的加热电流条件下,试验发现其热性能也可有很大的差异,甚至可以是成倍的差异.所以,散热条件越好,可以选用相对大一点的探头电阻.
散热面积越小,探头工作温度就越高.例如裸露的,由于它*暴露在气流中,散热条件应该很好;但探头与热膜探头试验比较发现,由于直径非常小,散热面积比热膜陶瓷基片要小得多,而热丝的体积与热膜陶瓷基片比更加微小,所以热丝的热容量很小,热容量小和散热面积小都将导致探头的工作温度提高.同样的工作条件下,热丝的温度要远高于热膜温度,所以,对于,应该选用较小的探头电阻.
另外,探头电阻设计与工作电流有密切关系,如果希望有较小的工作电流,就应选用较大的探头电阻.目前常用的热式探头电阻有10Ω及以下的探头,以及20Ω、45Ω的热膜探头等.
4.2供电电源
要使热式气体质量流量计正常工作,就必须使探头温度达到一定水平,也就是要给热式探头提供一定的能量.从式(5)可知,提供的能量为W=IHRH.对于一定几何尺度和结构的热式探头,如果其散热条件等因素也相似,则欲保持一定探头温度水平的能量也应相近.所以,如果提高探头电阻,则加热电流可以减小,但减小的幅度并不一样,探头两端电压将有所增加,对于一定的供电电源电压,探头电阻的增加将有一限值,并不能一味地用提高电阻的方法来降低电流.
对于低压供电电源,原则上应降低探头电阻,以增加加热电流的方法来维持探头能量.但探头电阻一般无法随意改变,只有有限的几种可供选择.所以,当供电电压较小时,应尽量减小图1中的取样电阻Ri的阻值,以避免出现大流量信号的饱和现象.
4.3热式气体质量流量计结构设计
无论是热式气体质量流量计或热式风速仪,热式探头在气流通道上的安装位置与结构,补偿探头的安装位置与结构,对流量测量都有明显影响.主要有:加热探头位置是否固定,探头与周围固定架之间的距离对散热是否有影响,能否有效地感受流体的真实流速,补偿探头能否有效地感受流体温度,其自热效应有多大影响,对气流的流动是否有阻碍等问题,都是流量计结构设计时应充分考虑的问题,试验表明,这些因素对流量计的测量精度和稳定性有明显影响。
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