赵伟国,徐晓丹,章圣意

(1.中国计量大学计量测试工程学院,杭州 310018;2.浙江苍南仪表集团股份有限公司,浙江 苍南 325800)

热式气体流量传感器是利用热传递原理实现对气体质量流量的直接测量[1],其按结构可分为热分布型和浸入型。热分布式型气体流量传感器可测量低流速微小流量[2];浸入型气体流量传感器主要应用于中、大管径的较高流速测量,而对于低流速气体的测量精度和灵敏度都较低。针对以上问题,本文采用5个热电阻PT1000集成于同一基片的传感元件,通过传感电路设计,使得气体流量传感器在小流量时采用热分布型测量原理,在大流量测量时采用浸入式测量原理,从而实现了流量的大量程测量。同时,由于该传感器放置在管道内部,因此传感元件周围的流场及流速大小将较大影响流量测量的性能。因此本文首先对传感器结构进行仿真,通过Solidworks软件设计传感器的9种结构模型[3],采用FLUENT仿真技术获得不同传感器结构模型的管内流场等速线水平剖面图及管内传感元件截面的面平均速度,并结合权重法对仿真数据进行处理,确定最佳传感器系统结构模型。然后研究了传感器的温度特性[4],设计了传感测量电路,实现对气体在大量程范围内流量精确的测量。

1 测量原理

本文设计的气体流量传感器是在不同流量段分别采用热分布型和浸入型的测量原理。热式气体传感器的传感元件置于管道中心[5],传感元件如图1所示。管道中没有气体通过时,管道内的温度场是对称的。……