[发明专利]宽量程旋进旋涡气体流量计

说明书

技术领域

本发明属于气体流量计技术领域，尤其涉及一种宽量程旋进旋涡气体流量计。

背景技术

目前，世界上主流的流量仪表厂家所生产的各种气体流量计量仪表，由于测量原理上的原因，单台仪表流量测量范围的局限性。一般量程都在1∶30左右，只有热式气体流量计和罗茨流量计的量程范围比较宽，一般在1∶200左右。而且，由于气体管道内的气流流速经常出现过快和过慢的情况发生，超过仪表所能计量的流速范围，超出计量范围的气流一般都不能被流量仪表准确的记录下来，尤其是小于量程下限的情况，甚至有时根本就记录不到流量数值。

为了解决上述问题，人们一直在研究宽量程的流量仪表，研究方向主要是通过合理的技术手段对现有仪表量程下限以下的低速气流进行准确计量，到目前为止还没有妥善的解决办法。正因为如此，目前在气流流量的测量方面，往往在同一管道上将不同口径的仪表并联使用，利用控制阀来控制不同口径的仪表来适应不同的流速。此办法虽然部分解决了现有计量仪表存在的问题，但由于仪表的流量信号输出和控制阀的动作均需要一个缓冲时间，这给气流流量的精确计量带来了问题，进而为气流的供给方和使用方造成了诸多不便，更造成了原材料和安装场地上的极大浪费，这和世界主流的节能环保理念相冲突。

在传感器领域出现了一种高灵敏度的热加速度传感器为上述问题的解决提供了可能性。传统的热加速度计是基于电容或压电技术，用于测量微机械质量结构运动，这种技术在许多方面有一定的局限性，如表面粘附(称为黏附)、滞后、机械震动、电磁干扰(EMI)。昂贵而复杂的制造过程也面临一些与微机械运动结构相关问题的挑战，为了解决这些问题，MEMSIC开发出一种独特的技术，该技术解决了与传统基于MEMS的加速度计相关的问题，利用热对流技术，是全球第一家使用标准的CMOS工艺的单芯片集成混合信号处理电路的热对流MEMS惯性传感器。

其测量原理如下：一个被放置在芯片中央的热源在这个空腔中产生一个悬浮的“热气团”，同时四个由铝和多晶硅组成的热电偶组被等距离对称地放置在热源的四个方向。在未受到加速度或水平放置时，其温度的下降陡度是以热源为中心而完全对称的。此时，所有的四个热电偶组均因感应温度相同而产生的电压是相同的。上面是一个空腔气室，因无加速度的外力作用，热气团位于正中央的中央热源之上。当受到一个加速度的作用，热气团偏移，原来四个热电偶组的平衡被破坏，其温度的下降陡度是以热源为中心而向右发生△的偏量。由于自由对流热场的传递性，任何方向的加速度都会扰乱热场的轮廓，从而导致其不对称，此时四个热电偶组的输出电压会出现差异，而这热电偶组输出电压的差异是直接与所感应的加速度成比例的。在加速度传感器内部，有两条完全相同的加速度信号传输路径，一条是用于测量X轴上所感应的加速度，另一条则是用于测量Y轴上所感应的加速度。

热对流式加速度传感器的内部还包含传感器的模拟信号后处理电路。来自同一轴、两个方向的热电偶组信号经差分放大、温度比较、模数转换、数模转换、低通滤波和缓冲，输出已经放大了的模拟信号；或经差分放大、温度比较和模数转换，直接将信号处理成I2C接口界面。因此，热对流式加速度传感器是一个多芯片的片上系统，即SOC或MCM。

器件测量由加速度产生内在热传递中的变化提供较传统固态校对更具有质量优势的结构，因为在MEMSIC传感器设计中是利用气体分子校对质量，所以运动机械结构在加速度计内会被消除，MEMSIC加速度计可承受的理论撞击极限超过50000g，是传统加速度计的5倍之多，同时也消除了与表面粘附相连的问题。另外，MEMSIC加速度计不在要求特殊处理和测试，可大幅减少OEM的成本，MEMSIC标准的CMOS兼容工艺具备高质量的制备能力。故障率比传统的加速度计减少数千倍，这样的技术和制造能力，从根本上消除了故障率和其他的相关制造成本。

正是因为该传感器具备上述优势，将其应用到气体流量仪表中可以很好地解决存在的测量量程问题。结合当前主流各种气体流量计，应用上述热加速度传感器可派生出多种复合式宽量程气体流量计，如宽量程旋进旋涡气体流量计、宽量程气体涡轮流量计、宽量程涡街式气体流量计、宽量程动差式气体流量计、宽量程V锥式气体流量计等。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种宽量程旋进旋涡气体流量计。