熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)組合熱膜探頭新型設(shè)計(jì)

 熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)在風(fēng)速儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，一般用來測量氣體的質(zhì)量流量。其具有壓損低，測量范圍度大，無可動(dòng)部件以及可用于極低氣體流量監(jiān)測和控制等特點(diǎn)。在氣體流量檢測領(lǐng)域已得到一定的應(yīng)用。

    早期的熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)也有用（一般是直徑為3～20μm的鉑絲）作探頭的，但由于結(jié)構(gòu)上的原因，置于氣流中，比較容易損壞。熱膜探頭就是因?yàn)槟軌蚩朔筋^容易損壞的缺點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用的。目前使用的熱膜探頭一般都是在微小的陶瓷基片上沉積金屬鉑形成的熱膜探頭[6-8]，具有結(jié)構(gòu)牢固、反應(yīng)靈敏、一致性好等特點(diǎn)。

    組合熱膜探頭將多個(gè)電阻集成在同一陶瓷基片上，是目前比較新穎的熱式流量探頭。一般在同一陶瓷基片上集成兩個(gè)熱膜電阻，一個(gè)作加熱使用，一個(gè)作補(bǔ)償使用。兩個(gè)電阻或獨(dú)立引線（4線），或接成公共端引線（3線）。

  從內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以看到，該探頭是將加熱電阻和補(bǔ)償電阻串聯(lián)集成在一片底層陶瓷基片上，基片厚度僅為0.15mm，兩個(gè)電阻由三條低阻導(dǎo)線引出，探頭尺寸為7mm×2.4mm。傳感元件包括兩個(gè)固定于底層基片的隨溫度變化的鉑膜電阻和一個(gè)公共端，其中低阻值電阻的一塊小區(qū)域用作加熱電阻RH，在0℃時(shí)，探頭電阻為45Ω（±0.5%）；而另外一個(gè)高阻值電阻用作補(bǔ)償電阻RC，在0℃時(shí)，探頭電阻為1200Ω（±0.5%）。因?yàn)樗臒崛萘康?，傳感器有較快的加熱和冷卻的反應(yīng)時(shí)間。

   對于熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)來說，它的流量檢測是根據(jù)熱平衡原理，電流流過熱膜探頭所產(chǎn)生的熱量應(yīng)該等于流體流過熱膜探頭所帶走的熱量。在恒溫工作模式下，利用惠斯登電橋可以得到與流量成一定對應(yīng)關(guān)系的電壓輸出，然后經(jīng)過信號放大電路使電壓信號進(jìn)入MSP430單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并進(jìn)行流量的積算，zui終使其具有瞬時(shí)流量和累積流量的液晶顯示。

組合熱膜探頭檢測電路設(shè)計(jì)

    組合熱膜探頭主要包括溫度補(bǔ)償電路和信號放大兩部分，其中溫度補(bǔ)償橋路*是在探頭散熱特性的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，在整個(gè)檢測電路中具有很重要的作用。探頭散熱特性試驗(yàn)和補(bǔ)償設(shè)計(jì)原則與單熱膜探頭類似。不同點(diǎn)是組合熱膜探頭的補(bǔ)償電阻與加熱電阻在同一陶瓷基片上，所以，加熱電阻的熱量必定會(huì)影響補(bǔ)償電阻感受介質(zhì)溫度。為了消除這種影響，可以在探頭散熱特性試驗(yàn)時(shí)預(yù)先檢測加熱探頭在不同環(huán)境溫度下對補(bǔ)償探頭測溫的影響，并在補(bǔ)償橋路設(shè)計(jì)時(shí)加以扣除。

    加熱探頭RH和補(bǔ)償探頭RC都安裝在流通管道中，兩個(gè)探頭與固定電阻R1和R2組成測量橋路。管道中氣流靜止時(shí)，根據(jù)加熱探頭的散熱特性設(shè)計(jì)的橋路參數(shù)將使通過加熱探頭RH的電流IH維持在某一靜態(tài)電流以維持探頭溫度TH。當(dāng)氣流通過管道時(shí)，探頭溫度TH有下降的趨勢，這一趨勢通過反饋能及時(shí)增加探頭電流IH來維持探頭原有的溫度TH，這就是恒溫工作方式。