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微機化熱式氣體質(zhì)量流量計的研制

熱式氣體質(zhì)量流量計能直接測定氣體的質(zhì)量流量。由于它的結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定可靠、測量精度較高，因而在生物工程、冶金等工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用。微機化的構(gòu)成見圖1，它包括傳感器、信號源檢測電路以及微機數(shù)據(jù)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(wěn)定、耐腐蝕、耐沖刷、響應(yīng)速度快和制作方便等優(yōu)點。流量計的數(shù)據(jù)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(shù)字信號源(RS-422標準)，以實現(xiàn)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(zhì)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(jié)在一起，就制成了敏感元件。
A202耐腐蝕、耐沖刷，導(dǎo)熱性能好，而且膨脹系數(shù)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(shù)。根據(jù)薄膜電阻理論，膜薄電阻率大，但電阻溫度系數(shù)要減小。故在確定膜厚時，應(yīng)兼顧這兩個參數(shù)。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(shù)恢復(fù)到設(shè)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(jīng)光刻調(diào)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(nèi)。玻璃同樣抗腐蝕，且膨脹系數(shù)與鉑絲相近，故適宜作燒結(jié)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(yīng)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(diào)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(shù)據(jù)處置。

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