流量传感器技术

　　气体质量流量控制器发展至今，采用的传感器主要有热式传感器、容积式传感器和压差式传感器等。其中以热式和差压式应用多。

　　热式传感器是利用加热流体时，加热流体时测量热的传递、热的转移来计算流体质量流量的传感器。

　　压差式质量传感器是通过测量气体流过阻力器产生的压力差，来计算流体流量的传感器，阻力越大，压差越大，对流量也越敏感。

　　热式流量传感器由于对气体流量和气体成分较敏感，适用的气体类别和流量范围较广，而在流量控制器的研制中得到了广泛应用。

2. 热式流量传感器在气体质量流量控制器中的应用

　　气体质量流量控制器由传感器, 分流器通道, 流量调节阀和放大控制电路等部件组成。其原理是，将传感器加热电桥测得的流量信号送入放大器放大, 放大后的流量检测电压与设定电压进行比较, 再将差值信号放大后去控制调节阀门，便实现了闭环控制流过通道的流量。

　　其中传感器是气体质量流量控制器的核心部件，主要采用毛细管传热温差量热法原理测量气体的质量流量，具有温度、压力自动补偿特性。

　　通常情况下，热式流量传感器的设计采用两个线圈的方式，如图1所示，线圈通电流后温度会升高。

图1 传感器示意图

　　当有气流通过时，进气温度一般在 20℃左右，而线圈温度一般在100 ℃左右，冷气体会使线圈的温度降低，上游的线圈与进气的温差大，被冷却的效果也更好。经过上游的线圈加热以后，气体的温度逐渐接近线圈的温度，下游的线圈被气体的冷却效果要小的多。故下游线圈的平均温度一般总比上游线圈的平均温度要高。因此，上下游气体便产生了温度差。

　　气体流量越大，对上游线圈的冷却就越大，两线圈的阻值就相差越大。如果我们把上、下游线圈的电压差作为传感器的输出信号，经过放大电路的放大，便可实现对气体流量的控制。下图为向传感器通入气体后，上下游线圈温度变化及温度差。

图2 传感器线圈平均温度

　　由上图可以看出，当气体的流量大到一定程度后，上下游温度的差值会趋于减小，传感器的输出也将减小，后将会趋于平稳，即满量程状态。

3. 热式流量传感器的优势

　　目前半导体行业正在向技术方向发展，其对流量控制器的精度要求也越来越高。热式流量传感器因其对气体流量较为敏感，不但可以完成对微小流量气体的测量与控制，对于不同气体或混合气体亦可完成测量，同时还能保证具备较高的控制精度和稳定性。因此，热式流量传感器在气体质量流量控制器(流量计)领域，一直占据主导地位。