[實用新型]基于可調恒流源的熱式氣體質量流量計用傳感器

有效

• 申請號: 201520741791.3
• 申請日: 2015-09-21
• 公開（公告）號: CN205175478U
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 張濤;徐英;吳海濤
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01F1/86
• 分類號: G01F1/86
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

技術領域

本實用新型屬于流量測量技術領域，涉及一種氣體質量流量計。

背景技術

熱式氣體質量流量計為直接式質量流量計，具有測量范圍寬、壓損小、可靠性高、可測 量混合氣體、適用于各種管道和過載無損害等諸多優點，得到了廣泛應用^[1]。當前，熱式氣 體質量流量計的研究主要集中在四個方面：一是溫度技術補償研究；二是傳感器設計研究， 采用不同的材料和加工工藝來保證測量的準確性和可靠性；三是測量方法與數據處理研究^[2]， 在保證測量分辨率和精度的前提下，對采集的數據進行處理；四是傳感器建模研究，若能得 到傳感器的對應模型，則可有效地提高測量精度且減小測量難度。

綜上所述，人們更多的是關注傳感器的設計以及軟件算法的補償，而測量方式大部分是 基于恒溫差式或者恒功率式。恒溫差式主要有兩個缺點：一是采用惠斯通電橋結構，環境溫 度發生變化時就會影響電橋平衡，表現為零點不穩以及小流量精度無法保證，必須附加相應 的溫度補償電路；二是流量上限受到限制，隨著流量的不斷增大，加熱功率也相應增大，加 熱功率過大時就會增加電路設計的難度同時影響電路的穩定性。恒功率式的主要缺點在于測 量小流量時采用較大的加熱功率，測溫探頭和測速探頭之間的自然對流換熱不能忽略，無法 保證小流量的測量精度，同時功率控制算法具有一定的滯后性，影響測量的靈敏度。

熱式質量流量計是根據傳熱原理進行流量測量的，其熱量的主要傳遞方式為熱對流。熱 對流指的是流體在流動的過程中，由于冷熱分布存在差異，冷熱流體相互接觸而產生熱量傳 遞的過程。對流傳熱又分為自然對流和強制對流兩大類，由于流體內部各部分密度不同而引 起的流動為自然對流；流體在外力作用下產生的流動為強制對流。當流體流速較大時，自然 對流、熱輻射、熱傳導都可以忽略不計。但是當流體流速較小時，自然對流傳熱就不能忽略 了。對流傳熱的基本公式為牛頓冷卻公式：

Q＝hA(T_W-T_C)(1)

Q為單位時間內的熱流量，W；h為表面傳熱系數，W/(m²*k)；A為換熱面積，m²；T_W為 物體壁面的溫度，在熱式流量計中為測速探頭溫度，K；T_C為流體溫度，K。

熱式流量計對測速探頭加熱,其發熱量為：

Q=IW2RW---(2)]]>

I_W表示測速探頭的加熱電流，A；R_W表示測速探頭的電阻值，Ω。

RogerCBaker在《Flowmeasurementhandbook》一書中給出式(1)中hA可以表示為：

hA＝A₁+B₁(q_m)^0.5(3)

則可得流量計算公式：