層流氣體質(zhì)量流量計(jì)為什么響應(yīng)速度比熱式的快
層流氣體質(zhì)量流量計(jì)響應(yīng)時(shí)間比熱式的快,主要是因?yàn)閷恿鲏翰钯|(zhì)量流量計(jì)的響應(yīng)時(shí)間取決于獲取層流元件兩端壓力降的時(shí)間,這個(gè)時(shí)間和壓力波的傳播速度有關(guān),壓力波屬于聲波的一種,傳播速度和聲波一樣快?。可達(dá)350米/秒,所以易度智能層流質(zhì)量流量計(jì)快速響應(yīng)型的響應(yīng)時(shí)間可以達(dá)到20ms或更短,且仍在不斷進(jìn)步中?。理論上層流原理質(zhì)量流量計(jì)的極限響應(yīng)速度能夠達(dá)到快于1毫秒(相當(dāng)于1秒的1000分之一)。
熱式質(zhì)量流量計(jì)是通過(guò)溫度的變化或加熱功率的變化來(lái)計(jì)算流量的。由于傳熱是一個(gè)緩慢的過(guò)程,熱式質(zhì)量流量計(jì)需要一定的時(shí)間來(lái)達(dá)到熱平衡狀態(tài),從而才能準(zhǔn)確測(cè)量溫度并計(jì)算流量。因此,熱式質(zhì)量流量計(jì)的響應(yīng)速度相對(duì)較慢,通常不如層流質(zhì)量流量計(jì)快,要想縮短響應(yīng)時(shí)間,需要毛細(xì)管更細(xì),但目前熱式質(zhì)量流量計(jì)的毛細(xì)管已經(jīng)細(xì)到極限。
最近一百年里,為了將熱式溫度探頭的質(zhì)量縮小已經(jīng)做了大量的工作。從最開(kāi)始的熱絲,發(fā)展到毛細(xì)管,最后是半導(dǎo)體的納米結(jié)構(gòu),可以說(shuō)幾乎達(dá)到了技術(shù)的極限。目前熱絲因其強(qiáng)度太低,容易損壞,同時(shí)易受污染,所以除少數(shù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)外已很少使用;毛細(xì)管目前是氣體熱式質(zhì)量流量計(jì)的主流做法,特別對(duì)于小微氣體流量測(cè)量是精度、重復(fù)性、響應(yīng)速度最佳的一種。目前毛細(xì)管的尺寸已經(jīng)小于1毫米,而加熱絲(一般為鉑金絲)直徑已經(jīng)小于0.2毫米,由于結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度的穩(wěn)定性要求,這個(gè)尺寸已趨于極限,最近10年來(lái)已沒(méi)有顯著進(jìn)展。半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的熱式傳感器(這就是常說(shuō)的熱式芯片技術(shù))主要用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣流量測(cè)量等,這些領(lǐng)域?qū)r(jià)格和尺寸比較敏感。從微尺度方向設(shè)計(jì)傳熱結(jié)構(gòu)確實(shí)有其優(yōu)勢(shì),它的響應(yīng)速度快于毛細(xì)管式,極限速度能夠達(dá)到0.5秒這個(gè)水平(毛細(xì)管的極限水平在1秒左右),這也基本達(dá)到了它的技術(shù)極限,最近10年沒(méi)有明顯進(jìn)步。
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