流量傳感器技術(shù)

　　氣體質(zhì)量流量控制器發(fā)展至今，采用的傳感器主要有熱式傳感器、容積式傳感器和壓差式傳感器等。其中以熱式和差壓式應(yīng)用多。

　　熱式傳感器是利用加熱流體時(shí)，加熱流體時(shí)測(cè)量熱的傳遞、熱的轉(zhuǎn)移來(lái)計(jì)算流體質(zhì)量流量的傳感器。

　　壓差式質(zhì)量傳感器是通過(guò)測(cè)量氣體流過(guò)阻力器產(chǎn)生的壓力差，來(lái)計(jì)算流體流量的傳感器，阻力越大，壓差越大，對(duì)流量也越敏感。

　　熱式流量傳感器由于對(duì)氣體流量和氣體成分較敏感，適用的氣體類別和流量范圍較廣，而在流量控制器的研制中得到了廣泛應(yīng)用。

2. 熱式流量傳感器在氣體質(zhì)量流量控制器中的應(yīng)用

　　氣體質(zhì)量流量控制器由傳感器, 分流器通道, 流量調(diào)節(jié)閥和放大控制電路等部件組成。其原理是，將傳感器加熱電橋測(cè)得的流量信號(hào)送入放大器放大, 放大后的流量檢測(cè)電壓與設(shè)定電壓進(jìn)行比較, 再將差值信號(hào)放大后去控制調(diào)節(jié)閥門，便實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制流過(guò)通道的流量。

　　其中傳感器是氣體質(zhì)量流量控制器的核心部件，主要采用毛細(xì)管傳熱溫差量熱法原理測(cè)量氣體的質(zhì)量流量，具有溫度、壓力自動(dòng)補(bǔ)償特性。

　　通常情況下，熱式流量傳感器的設(shè)計(jì)采用兩個(gè)線圈的方式，如圖1所示，線圈通電流后溫度會(huì)升高。

圖1 傳感器示意圖

　　當(dāng)有氣流通過(guò)時(shí)，進(jìn)氣溫度一般在 20℃左右，而線圈溫度一般在100 ℃左右，冷氣體會(huì)使線圈的溫度降低，上游的線圈與進(jìn)氣的溫差大，被冷卻的效果也更好。經(jīng)過(guò)上游的線圈加熱以后，氣體的溫度逐漸接近線圈的溫度，下游的線圈被氣體的冷卻效果要小的多。故下游線圈的平均溫度一般總比上游線圈的平均溫度要高。因此，上下游氣體便產(chǎn)生了溫度差。

　　氣體流量越大，對(duì)上游線圈的冷卻就越大，兩線圈的阻值就相差越大。如果我們把上、下游線圈的電壓差作為傳感器的輸出信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大電路的放大，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體流量的控制。下圖為向傳感器通入氣體后，上下游線圈溫度變化及溫度差。

圖2 傳感器線圈平均溫度

　　由上圖可以看出，當(dāng)氣體的流量大到一定程度后，上下游溫度的差值會(huì)趨于減小，傳感器的輸出也將減小，后將會(huì)趨于平穩(wěn)，即滿量程狀態(tài)。

3. 熱式流量傳感器的優(yōu)勢(shì)

　　目前半導(dǎo)體行業(yè)正在向技術(shù)方向發(fā)展，其對(duì)流量控制器的精度要求也越來(lái)越高。熱式流量傳感器因其對(duì)氣體流量較為敏感，不但可以完成對(duì)微小流量氣體的測(cè)量與控制，對(duì)于不同氣體或混合氣體亦可完成測(cè)量，同時(shí)還能保證具備較高的控制精度和穩(wěn)定性。因此，熱式流量傳感器在氣體質(zhì)量流量控制器(流量計(jì))領(lǐng)域，一直占據(jù)主導(dǎo)地位。