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微机化热式气体质量流量计的研制

     热式气体质量流量计能直接测定气体的质量流量。由于它的结构简单、稳定可靠、测量精度较高,因而在生物工程、冶金等工业部门得到了广泛的应用。微机化的构成见图1,它包括传感器、信号源检测电路以及微机数据处置等部分。
     传感器部分采用铂膜电阻作为敏感元件。铂膜电阻是一种新型热敏器件,具有性能稳定、耐腐蚀、耐冲刷、响应速度快和制作方便等优点。流量计的数据处置部分是以功能强、具有较高性能价格比的MCS-51系列单片微机作为核心部件。它将传感器送来的信号源进行运算处置,求得气体流量值予以显示,还可显示标准电流信号源(4~20mADC)和由串行接口显示数字信号源(RS-422标准),以实现流量信号源的远距离传输。
一、传感器和信号源检测
1.敏感元件
     热式气体质量流量计在抛光的陶瓷基片上,通过溅射形成一层均匀的铂膜,然后对铂膜进行热处置、光刻、焊接引线,制得铂膜热敏电阻。再用玻璃将此电阻同陶瓷支持体烧结在一起,就制成了敏感元件。
     A202耐腐蚀、耐冲刷,导热性能好,而且膨胀系数与铂一致,故作为基片材料,将其加工成厚0.6mm、直径6mm的薄圆片。铂膜的厚薄将影响电阻率和电阻温度系数。根据薄膜电阻理论,膜薄电阻率大,但电阻温度系数要减小。故在确定膜厚时,应兼顾这两个参数。通常膜的厚度在1}lm以下,本传感器铂膜电阻的膜厚为0.6pm。
对铂膜进行热处置,可消除品格缺陷,使铂膜电阻温度系数恢复到设计值(≥1.9×10-9Q/℃)。
     光刻的目的是增大铂膜电阻的阻值。通过精密的光刻工艺,在薄膜上由激光刻出若干根线条,形成条状薄膜。经光刻调阻后,铂膜电阻的阻值在常温下可达100Q以上。引线为铂丝,用激光点焊在铂膜电阻上,再将铂丝埋入玻璃内。玻璃同样抗腐蚀,且膨胀系数与铂丝相近,故适宜作烧结材料。
     敏感元件固定于传感器的测量管体上,铂丝从陶瓷支持体的小孔中引出,与测量桥路相连。两热敏元件之间应保持一定的距离。Rt2虽处于上游位置,但若两者间距太小,Rt2仍会受到Rt1热的影响,从而造成测量误差。本传感器Rt1和Rt2的间距为30mm。
2.信号源检测和扩大
     由Rt1、Rt2、R1、R2和电位器W组成检测桥路。桥路显示的电压AUu(即U2—U1)随气体流量而变。在管道中无气体流动时,调整电位器W使桥路显示电压为零。扩大器由集成运算扩大器(7650和F 007)组成。它将AU村扩大成0---2V的显示信号源,再送往微机部分进行数据处置。