气体测量的一种新型流量仪表

　　一种新的适应大流量范围的气体流量测量仪表,它主要应用在低速流的领域。这种流量计以热量式风速仪的原理为基础,具有准确度高、在流量范围低端灵敏度高、压力损失小和流量范围宽的优点。对于传统的热线式风速仪的一些缺陷(如长期稳定性差和非线性特性等),这种流量计通过一种新的办法进行处理,消除了大多数热量式风速仪存在的缺陷。

　　1　测量原理

　　其测量的基本原理是当有流体通过一个加热的物体时,它的温度会下降。这是所有热量式风速仪的基本原理,但是这个仪表不是使用一根金属线或片作为加热元件,而是使用一脉冲方式工作的热电偶。其材料可选用热电偶的常用材料,如铜或康铜。热电偶的工作电流有一个外部恒流源提供。当电流通过两个焊点时,造成一个单元加热,另一个单元变冷。最终温度分别为T1、T2,两个焊点所达到的最终温度与环境温度的T0的关系为:

　　式中,为通过焊点的电流,Ka为一个常数,它取决于环境温度和热电偶的材质。达到最后恒温T1、T2的时间取决于热电偶的热量传递性能,这个温度是渐进地到达的。为了更好地实现其原理,可以将加热周期缩短到ns。在此期间,用双极开关来切断电源,并开始测量过程。由于对环境的热传导,T1、T2将渐进地改变为T0,产生一个与温度成正比的电压。通过放大器和采样器读出这个电压值。如没有流体,这个电压的衰减将取决于热传导率,然而,如果有流体通过热电偶,加热和冷却过程的时间常数会改变,因为热电偶的热量会散失。测量结束后,可以通过再加热重新开始,这样,根据实际热电偶的热量传递和传导情况,可以用比较高的频率测出流量值。

　　2　流量计的特性

　　2.1　高强度传感器

　　使用热量式风速仪的一个主要问题是它的探头很脆弱,而探头对于获得一个高精度和高频率响应来说又是必要的。尽管新型流量计不要求达到通常热量风速仪那样的频率响应,但根据探头的几何形状,数百Hz的频率响应还是能达到的。对于大多数应用,都要求传感器有很高的强度,另外,使用寿命、长期稳定性和污染影响等都很重要的。

　　2.2　低电流消耗

　　探头通常只加热到10℃。这意味着很小的能量即可达到所需的温度差。实际上,由于在测量过程中没有加热功耗,因此,总功耗是很低的。

　　2.3　多通道应用

　　由于系统已经含有转换设备,使它很容易构成多通道系统。电流源在探头之间不断开关,通过放大器测出输出电压。由于每次只有一个通道加热,每个通道的功率很小。其缺点是不能同时测量。