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电气百科:流量传感器技术

文章来源:北京七星华创流量计有限公司 作者:【*】 点击:次 时间:2020/6/30 10:25:39

1. 流量传感器

气体质量流量控制器发展至今,采用的传感器主要有热式传感器、容积式传感器和压差式传感器等。其中以热式和差压式应用最多。

热式传感器是利用加热流体时,加热流体时测量热的传递、热的转移来计算流体质量流量的传感器。

压差式质量传感器是通过测量气体流过阻力器产生的压力差,来计算流体流量的传感器,阻力越大,压差越大,对流量也越敏感。

热式流量传感器由于对气体流量和气体成分较敏感,适用的气体类别和流量范围较广,而在流量控制器的研制中得到了广泛应用。

2. 热式流量传感器在气体质量流量控制器中的应用

气体质量流量控制器由传感器, 分流器通道, 流量调节阀和放大控制电路等部件组成。其原理是,将传感器加热电桥测得的流量信号送入放大器放大, 放大后的流量检测电压与设定电压进行比较, 再将差值信号放大后去控制调节阀门,便实现了闭环控制流过通道的流量。

其中传感器是气体质量流量控制器的核心部件,主要采用毛细管传热温差量热法原理测量气体的质量流量,具有温度、压力自动补偿特性。

通常情况下,热式流量传感器的设计采用两个线圈的方式,如图1所示,线圈通电流后温度会升高。

电气百科:流量传感器技术

图1 传感器示意图

当有气流通过时,进气温度一般在 20℃左右,而线圈温度一般在100 ℃左右,冷气体会使线圈的温度降低,上游的线圈与进气的温差最大,被冷却的效果也更好。经过上游的线圈加热以后,气体的温度逐渐接近线圈的温度,下游的线圈被气体的冷却效果要小的多。故下游线圈的平均温度一般总比上游线圈的平均温度要高。因此,上下游气体便产生了温度差。

气体流量越大,对上游线圈的冷却就越大,两线圈的阻值就相差越大。如果我们把上、下游线圈的电压差作为传感器的输出信号,经过放大电路的放大,便可实现对气体流量的控制。下图为向传感器通入气体后,上下游线圈温度变化及温度差。

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图2 传感器线圈平均温度

由上图可以看出,当气体的流量大到一定程度后,上下游温度的差值会趋于减小,传感器的输出也将减小,最后将会趋于平稳,即满量程状态。

3. 热式流量传感器的优势

目前半导体行业正在向10nm技术方向发展,其对流量控制器的精度要求也越来越高。热式流量传感器因其对气体流量较为敏感,不但可以完成对微小流量气体的测量与控制,对于不同气体或混合气体亦可完成测量,同时还能保证具备较高的控制精度和稳定性。因此,热式流量传感器在气体质量流量控制器(流量计)领域,一直占据主导地位。


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