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微機化熱式氣體質量流量計的研制

     熱式氣體質量流量計能直接測定氣體的質量流量。由于它的結構簡單、穩定可靠、測量精度較高,因而在生物工程、冶金等工業部門得到了廣泛的應用。微機化的構成見圖1,它包括傳感器、信號源檢測電路以及微機數據處置等部分。
     傳感器部分采用鉑膜電阻作為敏感元件。鉑膜電阻是一種新型熱敏器件,具有性能穩定、耐腐蝕、耐沖刷、響應速度快和制作方便等優點。流量計的數據處置部分是以功能強、具有較高性能價格比的MCS-51系列單片微機作為核心部件。它將傳感器送來的信號源進行運算處置,求得氣體流量值予以顯示,還可顯示標準電流信號源(4~20mADC)和由串行接口顯示數字信號源(RS-422標準),以實現流量信號源的遠距離傳輸。
一、傳感器和信號源檢測
1.敏感元件
     熱式氣體質量流量計在拋光的陶瓷基片上,通過濺射形成一層均勻的鉑膜,然后對鉑膜進行熱處置、光刻、焊接引線,制得鉑膜熱敏電阻。再用玻璃將此電阻同陶瓷支持體燒結在一起,就制成了敏感元件。
     A202耐腐蝕、耐沖刷,導熱性能好,而且膨脹系數與鉑一致,故作為基片材料,將其加工成厚0.6mm、直徑6mm的薄圓片。鉑膜的厚薄將影響電阻率和電阻溫度系數。根據薄膜電阻理論,膜薄電阻率大,但電阻溫度系數要減小。故在確定膜厚時,應兼顧這兩個參數。通常膜的厚度在1}lm以下,本傳感器鉑膜電阻的膜厚為0.6pm。
對鉑膜進行熱處置,可消除品格缺陷,使鉑膜電阻溫度系數恢復到設計值(≥1.9×10-9Q/℃)。
     光刻的目的是增大鉑膜電阻的阻值。通過精密的光刻工藝,在薄膜上由激光刻出若干根線條,形成條狀薄膜。經光刻調阻后,鉑膜電阻的阻值在常溫下可達100Q以上。引線為鉑絲,用激光點焊在鉑膜電阻上,再將鉑絲埋入玻璃內。玻璃同樣抗腐蝕,且膨脹系數與鉑絲相近,故適宜作燒結材料。
     敏感元件固定于傳感器的測量管體上,鉑絲從陶瓷支持體的小孔中引出,與測量橋路相連。兩熱敏元件之間應保持一定的距離。Rt2雖處于上游位置,但若兩者間距太小,Rt2仍會受到Rt1熱的影響,從而造成測量誤差。本傳感器Rt1和Rt2的間距為30mm。
2.信號源檢測和擴大
     由Rt1、Rt2、R1、R2和電位器W組成檢測橋路。橋路顯示的電壓AUu(即U2—U1)隨氣體流量而變。在管道中無氣體流動時,調整電位器W使橋路顯示電壓為零。擴大器由集成運算擴大器(7650和F 007)組成。它將AU村擴大成0---2V的顯示信號源,再送往微機部分進行數據處置。
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