多探头热式气体流量传感器的设计与仿真.pdf

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1、104传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2010年第29卷第l1期多探头热式气体流量传感器的设计与仿真沈平平，梁国伟，赵伟国，冯洁(中国计量学院计量测试工程学院，浙江杭州310018)摘要：在组合铂膜探头的基础上，提出了一种多探头热式气体流量传感器的结构形式，运用FLUENT软件在不同直管段条件下对其所在的管道内的流场进行仿真研究。运用多传感器数据融合的方法对每个探头所在测量点的仿真流速值进行处理融合，并与单点仿真结果进行比较。仿真结果表明：在直管段长度较短，流场分布不规则的情况下，多探头流量传感器的测量精度明显比单个探头要高。关键词

2、：热式气体流量传感器；组合铂膜探头；数据融合；FLUENT软件中图分类号：TB937文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)1l-0104-03Designandsimulationofmulti—probethermalgasflowsensorSHENPing—ping，LIANGGuo—wei，ZHAOWei—guo，FENGJie(CollegeofMetrologyandMeasurementEngineering，ChinaJiliangUniversity，Hangzhou310018，China)Abstract：Amulti-probethermalgasf

3、lowsensorisdesignedbasedonassembledplatinum-filmprobe．TheflowfieldofthesensorinthepipewassimulatedbyFLUENTsoftwareatdifferentflowdevelopmentlength．Thesimulationdatasfromthemeasurementpointswheretheprobessetareprocessedwiththemethodofmulti-sensordatafusion．Theresultsofsimulationshowthatthemeasureme

4、ntprecisionofmulti—probeflowsensorismuchhigherthansingleprobewhentheflowdevelopmentlengthisnotadequateandtheflowfieldisnotregular．Keywords：thermalgasflowsensor；combinedplatinum·filmprobe；datafusion；FLUENTsoftware0引言探头热式流量传感器结构的测量精度明显高于单传感器结热式气体流量传感器是用来测量气体质量流量的一种构，从而为多传感器热式气体流量仪表的研制提供很好的新型气体流量传感器。

5、与传统的涡轮流量传感器、旋进旋参考依据。涡流量传感器、差压式流量传感器、涡街流量传感器等相1组合热膜探头测量气体流量原理比，热式气体流量传感器具有压损小、精度高、测量范围大、组合铂膜探头是在同一陶瓷基片上集成2只铂膜电阻无可动部件以及能够测量极低流速等诸多优点，因而在气器R和R，R作为加热电阻器使用，使探头温度高于被体检测领域得到广泛的应用,21。测介质温度，用来补偿介质的温度变化F31，其结构如图1各种流量计在使用中都需要较长的直管段，而在实际所示。工程应用中，受场地、空间等条件的制约，所需要的直管段调赣彖封装长度往往难以满足，从而影响测量精度甚至无法测量。同时，管路中安装的各种管配件如

6、阀门、弯头等使得管道中的拥热电m补偿电Sf线流速分布千差万别。通过测取管道中的某一点流速来简单图1组合铂膜探头内部结构推算管道中的气体流量，准确度显然无法令人满意。Fig1InnerstructureofthecombinedPt-film本文以组合铂膜探头为基础，提出了一种多探头热式组合铂膜探头采用流速传递热量的原理来测量气体流气体流量传感器的结构形式，运用FLUENT软件对不同直量。在不太小的流速中，气体与铂膜探头之间的热量传递管段长度条件下的传感器所在管道内的流场进行数值模以对流换热为主，其热耗散日可表示为拟。同时运用多传感器数据融合方法对每个探头所在测量日=NuA，丌f(Tw—Tc

7、)，(1)点的仿真数据进行融合，并与在同样条件下单个传感器结式中为努赛尔数，A，为被测气体的热导率，f为探头构仿真得到的数据进行对比分析。仿真结果表明：采用多长度，为探头温度，7’c为介质温度。为了得到热耗散H收稿日期：2010--04-07第ll期沈平平，等：多探头热式气体流量传感器的设计与仿真105与气体流量之间的关系式，引入传热学中的普朗特常数P，点，使得该特征点上测得的速度平均值恰好等于该环面速和雷诺数m。对于热