熱式質(zhì)量流量計基本原理淺析
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強迫對流造成的熱耗散，我們稱(chēng)之為熱損耗。從物理上看，熱損耗相關(guān)的參量有：介質(zhì)的速度；介質(zhì)和熱線(xiàn)之間的溫度差；介質(zhì)的物理特性，諸如密度、濃度、粘度和導熱；熱線(xiàn)的物理特性，諸如電阻率、電阻溫度系數、熱傳導率；熱線(xiàn)的長(cháng)度和直徑；介質(zhì)的可壓縮性；流動(dòng)方向和熱線(xiàn)方向之間夾角。
在考慮上述因素的情況下，我們可以用經(jīng)驗公式表示如下[9]：
努謝爾（Nusselt）數；
為熱耗散；l為熱線(xiàn)的長(cháng)度；λf為流體的熱傳導率；Tw為熱線(xiàn)的工作溫度；Ta為環(huán)境溫度，一般情況下為流體介質(zhì)溫度；Rw為熱線(xiàn)在工作溫度Tw為時(shí)的電阻；d為熱線(xiàn)的直徑；h為熱傳遞系數；Re=ud/γ雷諾數（Reynolds）；u為流動(dòng)速度；γ為運動(dòng)粘度，其值為μ/ρ；μ為動(dòng)力粘度；ρ為流體密度；Pr=γ/α普朗特（Prandtl）數；α為熱擴散系數；
格勒射夫（Grashof）數；g為重力加速度；β為膨脹系數；Mα=u/C馬赫（Mach）數；C為聲速；α為電阻溫度系數。 2 敏感元件
根據敏感元件類(lèi)型，可以分為熱線(xiàn)敏感元件、熱膜敏感元件、集成熱膜敏感元件和薄膜鉑電阻敏感元件。下面分別予以介紹。
2.1 熱線(xiàn)敏感元件
熱線(xiàn)敏感元件的結構如圖所示。將金屬絲（即熱線(xiàn)）焊到兩根叉桿上，叉桿的另一端為插接桿，中間為連接線(xiàn)，連接線(xiàn)外為保護罩，保護罩內為絕緣填料。
根據熱線(xiàn)敏感元件的選用標準，金屬絲的材料和尺寸選擇取決于靈敏度、空間分辨率和強度等方面的綜合要求，通常選用鎢絲或鍍鉑鎢絲作為熱線(xiàn)敏感元件。金屬絲線(xiàn)徑d一般為4um～5um，最細可到0.25um。線(xiàn)長(cháng)l一般為1.25mm，最短可達0.1mm。鎢絲強度好，熔點(diǎn)溫度高達3400℃，但容易氧化，因此只能用于250℃以下。鉑金絲易脆，抗拉程度僅為鎢絲的5.7%，但不易氧化。作為兩種材料相結合的鍍鉑鎢絲，兼具抗拉程度高，抗氧化程度強的雙重優(yōu)點(diǎn)。
熱線(xiàn)敏感元件的機械強度不高，能承受的電流較小，因此不適宜在液體和帶有顆粒的氣體中工作。
2.2 熱膜敏感元件
為了將熱線(xiàn)測量技術(shù)應用到液體流量的測量，發(fā)展了熱膜敏感元件。它的機械強度較高，所以能適應某些條件較惡劣的流場(chǎng)（如污水流動(dòng)的流場(chǎng)等）。熱膜敏感元件是由沉積在熱絕緣襯底（通常為石英）上的0.01um薄的鉑金屬或鎳膜構成的。最一般的襯底形狀是圓錐型、楔型和圓柱型等。
熱膜敏感元件由熱膜、襯底、絕緣層和導線(xiàn)幾部分構成。敏感元件膜是由確保敏感元件厚度能夠均勻的陰極濺射法沉積而成的。一個(gè)較厚的傳導材料層被用于把膜的終端連接到電子加熱電流源。膜通常覆蓋了具用1um～2um厚的石英沉積層（或類(lèi)似的絕緣層）。這個(gè)覆蓋層保護了熱膜免于粒子摩擦并且對于液體中的熱膜探針提供了電絕緣。對于圓柱形熱膜探針來(lái)說(shuō)，其直徑d約為25um～70um，長(cháng)度l約為1mm～2mm。
2.3 集成熱膜敏感元件
基于微機電系統（MicroElectroMechanicalSystem）技術(shù)，利用濺射方法在半導體硅片或玻璃底片上形成三個(gè)鉑薄膜電阻，它們分別是微加熱器、加熱器溫度控制器、溫度傳感器。其工作原理是以加熱器和流體的熱傳導為基礎，通過(guò)計算加熱器的熱量損失來(lái)確定流量。 加速度計相關(guān)文章:加速度計原理
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