3.热膜集成元件-EYC-TECH.pptVIP

1 誠田自動化儀錶（上海）有限公司 臺灣鎰田科技股份有限公司 風速感測原理 熱線式風速傳感器根據傳感元件之間的熱傳遞，例如熱絲線或金屬片和周圍的流體。移動的流體造成熱損失，改變電阻。藉由冷卻的效果可平衡流體的速度。在電路上保持傳感器溫度恆定。因此，流體造成電壓降可從傳感器所消耗的功率直接測量。圖為一恆溫風速計(Constant Temperature Anemometer,CTA)的基本設計。 簡 述 圖1.恆溫風速計的基本設計 傳感器性質(導熱係數、黏度、密度、壓力、溫度、流動方向等) 。 恆溫風速計一般分為熱線、熱膜、熱膜集成和鉑膜電阻元件 熱線元件 　　熱線元件選用的金屬絲材料，通常為鎢絲或鉑鎢絲。熱線元件的機械強度不高，能承受的電流較小，因此不適合在帶有顆粒的氣體中工作如圖2.。 圖2.熱線元件 2. 熱膜元件 　　熱膜元件是由沉積在石英等熱絕緣體上的0.01μm的鉑金屬構成。傳導材料層把熱膜的終端連接到加熱電流源。熱膜通常覆蓋了1~2μm厚的石英沉積層，保護熱膜免於粒子摩擦如圖3.。 圖3.熱膜元件 3. 熱膜集成元件 　　基於MEMS技術，利用濺射方法在半導體晶片或陶瓷底片上行成多個鉑膜電阻，分別作為為加熱器和溫度傳感器。其工作原理是以流體的熱傳遞為基礎，通過計算加熱電組的熱量損失來確定流量，圖4.為ST10集成元件的內部結構。 圖4.集成熱膜元件ST10內部結構[10] 集成熱膜元件具有靈敏度高、尺寸小、動態響應快等優點，且穩定性高、精度高、壓損小與ㄧ致性高。 4. 鉑膜電阻元件 　　金屬鉑在真空條件下，採用濺射的方法陳基於陶瓷或玻璃基片上，常用的鉑電阻為PT20，圖5.。 圖5.薄膜鉑電阻示意圖 薄膜鉑電阻尺寸小、成本低，且有量測範圍寬、性能穩定等優點。 氣體流量測量的電路包括氣體流量傳感器電路、差動放大電路、同相放大電路、電流輸出電路及MSP430單機片，圖6.。 圖6.氣體流量測量電路 現代CTA風速計通常包括三個要素： 類比/數位轉換器和數據採集軟件，採樣CTA的風速信號，並執行數位信號處理。 CTA應提供用戶配置選項的範圍。 校準設施，涵蓋量測速度範圍。液體校準系統通常從數cm/s到10m/s的速度範圍。氣體較準系統通常從幾cm/s到1馬赫的速度範圍。 圖8.典型恆溫風速計(CTA) 熱膜探頭接入傳感器電路，將氣體流量信號轉為電壓信號，經差動放大電路和同相放大電路後，送入MSP430單機片的12位AD通道。單機片根據採集的信號計算出氣體的流速，同時根據用戶的需求輸出4-20mA電流。 CTA的電壓輸出E和流體速度U，顯示傳遞函數有一個幕次定律相關的非線性關係，它最常使用四階多項是關係建模。此外，任何流量變量，如流體的密度和溫度都會影響熱傳。因此，CTA傳感器需要進行使用前的速度響應校準。環境溫度逐漸增加可通過分析溫度測量電壓更正。 圖7.典型的單探頭的探頭校準曲線擬合 溫度補償 為實現溫度補償，RS與Rh電阻上的電壓要保持定值，所以Rf與Rh的電阻值要保持比例，Vout才不會被影響；但是Rh 上的阻值會因為溫度的差異而造成阻值上比例的不相等。 溫度補償方法： 所以，溫度補償的方法，便是在RH電阻上串連一個電阻R1，使Rf+R1的電阻可以與Rh電阻恆為比例；而至於R1電阻的篩選，則是依照溫差來去計算得出的，其公式如下： R1= △T × a × α × Rh0 △T ：溫差 a ：電阻的比例 α × Rh0：溫度係數 補償電路 閉迴路熱傳風洞之量測 不同溫度風速及溫度下之曲線 閉迴路熱傳風洞之量測 圖-線性回歸校正後之直線 * * * * * * * * * * 溫度補償電路PT100與PT1000組成之電路，藉由論文得知需找出匹配的電阻比，所以在補償熱敏電阻的兩橋端增加其可變電阻。 * * * * * * * * * * * * * 溫度補償電路PT100與PT1000組成之電路，藉由論文得知需找出匹配的電阻比，所以在補償熱敏電阻的兩橋端增加其可變電阻。 * * *