【摘要】：氣體流量測量始終是流量研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容,與我國的工業(yè)技術(shù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平提高有著緊密的聯(lián)系。熱式流量計(jì)是一種新型的氣體流量計(jì),利用熱傳遞原理直接測量氣體的質(zhì)量流量,按照結(jié)構(gòu)可分為分布型和浸入型兩種,其中分布型用于測量小流量氣體,浸入型主要應(yīng)用于中高流速氣體的測量。目前,浸入型熱式流量計(jì)存在使用功耗較大,小流量測量精度低的不足,這限制了流量計(jì)的推廣和應(yīng)用。針對以上問題,本文提出了一種低功耗的氣體流量測量方法,并設(shè)計(jì)優(yōu)化傳感器結(jié)構(gòu),研究傳感器的溫度特性,研制了具有自動(dòng)溫度補(bǔ)償功能的氣體流量計(jì)。根據(jù)傳感器電路的動(dòng)態(tài)特性,采用PWM控制傳感器的供電,降低了流量計(jì)的功耗。該研究對于熱式流量計(jì)的發(fā)展具一定的實(shí)用價(jià)值。本文首先研究了管道內(nèi)不同的傳感器結(jié)構(gòu)模型對氣體流場的影響,采用SolidWorks建立了四種矩形孔傳感器結(jié)構(gòu),并用FLUENT軟件分別對四個(gè)模型進(jìn)行了數(shù)值仿真,結(jié)合比值法確定了傳感器的最優(yōu)結(jié)構(gòu)模型;然后研究了熱式傳感器的溫度特性,確定了傳感器的工作溫度,以此作為溫度補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)基礎(chǔ);同時(shí)通過研究傳感器的動(dòng)態(tài)性能,提出了低功耗的流量測量方法,通過PWM控制電路的開啟和關(guān)閉,實(shí)現(xiàn)氣體流量的低功耗測量;接下來設(shè)計(jì)了流量計(jì)的硬件電路,由傳感器電路采集流量信號,信號處理電路對信號進(jìn)行預(yù)處理,單片機(jī)最小系統(tǒng)完成信號分析和顯示;最后完成了系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì),編寫了流量計(jì)的流量計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲和人機(jī)交互程序。論文設(shè)計(jì)了用于樣機(jī)流量測試的氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置并進(jìn)行了相應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,熱式流量計(jì)樣機(jī)精度等級為1.5級,重復(fù)性小于0.5%,量程比為120:1。對流量計(jì)低功耗特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試,在PWM輸出占空比為20%,頻率為0.5Hz時(shí),流量計(jì)電池的使用時(shí)間可以延長為原來的4倍,有效降低了流量計(jì)的功耗。
【圖文】：

色環(huán)氧樹脂膠邦定。ＰＣＢ板為一個(gè)６0ｘ７．６ｘ２．４（ｍｍ）的長方體，內(nèi)部鑲嵌的８條逡逑導(dǎo)線分別連接焊盤和傳感元件。逡逑圖２．４為傳感元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，主要由５個(gè)熱電阻組成，其中熱電阻７＾逡逑和沿４阻值相等，沿２和仍３阻值相等，這兩組熱電阻內(nèi)部均通過導(dǎo)線相連。熱逡逑電阻你５為鉑電阻，相對于另外４個(gè)熱電阻阻值較大，且不在同一水平位置上。逡逑熱電阻均為薄膜電阻，通過燒制技術(shù)被固定在玻璃基片上。逡逑Ｒｔｓ逡逑Ｒ｛邋＼邋Ｒｔｉ邋Ｔｉｔ、邋ＲＪａ逡逑１邋ｌ邋Ｉ逡逑圖２．４傳感元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖逡逑ＭＦＳ０２熱膜傳感元件具有結(jié)構(gòu)簡單，抗腐蝕能力強(qiáng)，性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)，同逡逑時(shí)具有較快的響應(yīng)速度和較高靈敏度，最大響應(yīng)時(shí)間為ｌ0ｍｓ，可以快速與氣體逡逑進(jìn)行熱交換。傳感元件中熱電阻的最大消耗功率為５０ｍＷ，單個(gè)熱電阻的供電逡逑電壓為２？６Ｖ，適用于氣體流量測量，最高可測量的流速為５０ｍ／ｓ。存在的主要逡逑缺陷是不能用于高溫氣體的測量

便，所以本文選用熱膜式傳感器測量氣體流量。瑞士丨ＳＴＡＧ公司的ＭＦＳ０２型熱膜傳感元件，ＰＣＢ板邐傳感元件逡逑＼邋邐＼逡逑圖２．３傳感元件實(shí)物圖逡逑粘置在ＰＣＢ板中，并通過導(dǎo)線與ＰＣＢ板相連，定。ＰＣＢ板為一個(gè)６0ｘ７．６ｘ２．４（ｍｍ）的長方體，，內(nèi)盤和傳感元件。逡逑元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，主要由５個(gè)熱電阻組成，沿２和仍３阻值相等，這兩組熱電阻內(nèi)部均通過，相對于另外４個(gè)熱電阻阻值較大，且不在同電阻，通過燒制技術(shù)被固定在玻璃基片上。逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國計(jì)量大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH814

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2629515