ООО ЭФО
Поиск по складу
Программа поставок 2016
Сегодня
www.powel.ru
источники питания
www.korpusa.ru
конструктивы и корпуса РЭА
www.wless.ru
беспроводные технологии
www.mymcu.ru
микроконтроллеры
altera-plis.ru
микросхемы Altera
www.infiber.ru
волоконно-оптические
компоненты в
промышленности
www.efo-power.ru
силовая электроника
www.efo-electro.ru
электротехническая
продукция
www.efometry.ru
контрольно-измерительные приборы
www.golledge.ru
кварцевые резонаторы и генераторы Golledge
www.sound-power.ru
профессиональные усилители класса D
Поиск по сайту
Подписка на новости

Система менеджмента
качества сертифицирована на соответствие требованиям:
ISO 9001, ГОСТ Р ИСО 9001 и СРПП ВТ - подтверждено сертификатами соответствия в системах сертификации Русского Регистра, ГОСТ Р, международной сети IQNet, "Оборонсертифика" и "Военный Регистр".

ООО "ЭФО" в 2011г. получило Лицензию Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору на изготовление оборудования для ядерных установок.


Rambler s Top100



ChipFind - поисковая система по электронным компонентам
EEN
webmaster
Санкт-Петербург: (812) 327-86-54  zav@efo.ru Москва: (495) 933-07-43  moscow@efo.ru Екатеринбург: (343) 278-71-36  ural@efo.ru Пермь: (342) 220-19-44  perm@efo.ru
Казань: (843) 518-79-20  kazan@efo.ru Ростов-на-Дону: (863) 220-36-79  rostov@efo.ru Н. Новгород: (831) 434-17-84  nnov@efo.ru Новосибирск: (383) 286-84-96  nsib@efo.ru
о нас склад библиотека статьи
 
Датчики скорости потока
           
Новости Продукция Склад О компании Контакты    
 

Датчики скорости потока

Для измерения расхода жидкостей или газов используются различные физические эффекты. Расходомеры используют механические, оптические, электромагнитные, ультразвуковые и другие чувствительные элементы, позволяющие по косвенным характеристикам определить расход сплошной среды, проходящей по трубе.

Здесь заметим, что под расходом может подразумеваться как объем потока (литры в минуту или кубические метры в минуту), так и масса потока (килограмм в минуту) или его скорость (метры в секунду). Допуская, что в большинстве приложений известны и характеристики среды, и характеристики трубы, в которой движется поток, мы будем считать перечисленные понятия тождественными.

Поскольку компания IST имеет внушительный опыт производства тонкопленочных датчиков температуры (термометров сопротивления), для определения скорости потока также используются тепловые чувствительные элементы разной конструкции.

В тепловых расходомерах измерения производятся либо по охлаждению нагретого тела, помещенного в поток (термоанемометры), либо по переносу тепловой энергии между двумя расположенными вдоль потока точками (калориметрические расходомеры). В портфолио компании IST есть датчики, использующие оба способа измерения.

 

Принцип работы тепловых датчиков расхода

Расходомеры с термоанемометрическими преобразователями применяются преимущественно для потоков газов, а также для некоторых жидкостей. В простейшем случае чувствительный элемент состоит из нагревательного элемента и датчика температуры.

При отсутствии потока температура микронагревателя остается неизменной, а при наличии потока нагреватель начинает отдавать тепло среде.

Количество тепла, которое отдается потоку, зависит от разности температур нагревателя и среды, а также от параметров трубы и скорости потока. Поскольку начальная разность температур определяется схемой включения датчика расхода, а параметры трубы известны, теплоотдача нагревательного элемента может использоваться для измерения скорости потока.

Таким образом, скорость потока рассчитывается как функция от разности температур нагревателя и датчика температуры.

 

Термоанемометрические расходомеры имеют некоторые очевидные ограничения. В частности, они не позволяют определить направление потока и не подходят для приложений, требующих высокой чувствительности датчика.

Калориметрические расходомеры, напротив, предназначены для относительно медленных потоков газа с переменным направлением. Датчик состоит из трех элементов – микронагревателя и двух датчиков, измеряющих температуру до и после него.

В отсутствии потока тепловое пятно, излучаемое нагревателем, неподвижно, поэтому справа и слева от нагревателя сплошная среда имеет одну и ту же температуру. При возникновении потока тепловое пятно «сдвигается» согласно направлению и скорости потока. Таким образом, при известных параметрах трубы и характеристиках среды скорость потока может быть измерена по разности показаний двух датчиков температуры.

 

Диапазон измерений калориметрических датчиков ограничивается самим принципом их работы – при определенной скорости потока тепловое пятно «сдвигается» слишком далеко и разность показателей правого и левого датчиков не позволяет судить о скорости потока.

Обеспечить чувствительность датчика в более широком диапазоне скоростей можно, используя комбинацию калориметрического и анемометрического способов измерения: на малых скоростях используется высокочувствительный калоричестрический датчик, а на больших - анемометрический, состоящий из того же микронагревателя и дополнительного компенсирующего датчика температуры. 

Оба способа измерений, а также их комбинации, используются в датчиках потока компании IST.

 

Ассортимент датчиков расхода IST

Анемометрические датчики

Компания IST производит датчики по тонкопленочной технологии: на керамическую подложку напыляется тонкий слой платины, из которого формируются токопроводящие дорожки – резисторы. Для формирования геометрической структуры резистора используются методы фотолитографии, а максимальная точность нанесения достигается благодаря лазерной подгонке. Токопроводящая дорожка покрывается изолирующим (пассивационным) слоем из стекла, устойчивого к температурному и химическому воздействию. Специально подобранный состав стекла также используется для фиксации выводов, которые могут иметь разную форму, длину и выполняться из различных материалов.

В датчиках расхода резистивные элементы выполняют функцию микронагревателей или термометров сопротивления (датчиков температуры).

Структура тонкопленочного анемометрического датчика представлена на рисунке.

 

Анамометрические датчики представлены сериями FS5 и FS7. Они предназначены для измерения скорости потока в диапазоне от 0 до 100 м/c с чувствительностью 0.01 м/c и погрешностью менее 3 % от измеряемой величины. Впрочем, точность измерений также зависит от используемой электрической схемы и способа калибровки датчика. Диапазон рабочих температур датчика составляет -20 .. 150 °C для стандартного исполнения, однако компания IST практикует изготовление датчиков с допустимой температурой вплоть до 450 °C.

Стандартные исполнения датчиков FS5/FS7 - это бескорпуской чувствительный элемент размером 6.9 x 2.4 мм и датчик в круглом пластмассовом корпусе диаметром 6 мм.

 

Помимо стандартных форм-факторов, для заказа доступны датчики FS5/FS7, выполненные специально под проект – в нестандартных конструктивах, с различной длиной и материалом проводов, со специализированной калибровкой и т.д.

Стоит отметить не только малый размер датчиков серии FS5/FS7, но и отсутствие требований по способу монтажа датчика в трубу. Эти обстоятельства, а также гибкость компании IST в вопросах изготовления датчиков по индивидуальным проектам, позволяют найти оптимальное решение для каждой задачи.

 

Нагреватель и датчик температуры включаются в мостовую схему, которая уравновешена в отсутствии потока и разбалансирована при изменении сопротивления нагревателя. При увеличении скорости потока нагреватель охлаждается, мост разбалансируется и сигнал разбаланса поступает на усилитель. Выходной сигнал усилителя сообщает нагревателю более высокую температуру и приводит мост обратно в равновесное состояние. Этот же сигнал используется как выходной, то есть как функция скорости потока. При известных параметрах трубы, положения датчика, типа потока, а также неизменных теплофизических характеристиках газа (состав, давление, температура) такая функция может быть вычислена по одной из общеизвестных методик.

На рисунке приведен пример схемы включения анамометрического датчика расхода и график зависимости выходного напряжения Uflow от скорости потока.

 

 

Для использования термоанемометрических датчиков в потоках жидкости, которая не должна контактировать с нагревателем и чувствительным элементом, используются различные специальные конструктивы. 

Стандартным решением от IST является небольшая трубка из нержавеющей стали, на которой закреплены микронагреватель и датчик температуры. Такая трубка располагается вдоль направления потока и обеспечивает высокую устойчивостью к воздействию химических веществ, рабочий температурный диапазон от -50 °C до +180 °C и соответствующую стандарту DIN EN 60751 (class C) точность измерений.

 

 

Калориметрические датчики

Структура калориметрического датчика - это микронагреватель и два датчика температуры, однако помимо этих элементов предусматривается дополнительный компенсирующий датчик температуры. Он используется для компенсании охлаждения нагревательного элемента, помещенного в поток.

 

 

По описанному принципу построены датчики серии MFS 02. Они созданы специально для работы с потоками, скорость которых варьируется в узком диапазоне 0 - 1.5 м/c. Расходомер MFS02 имеет максимальную чувствительность (0,0003 м/с) и скорость срабатывания (время отклика менее 10 мс). Размер датчика составляет всего 3.5 x 5.1 мм. 

Отметим, что технология изготовления датчика MFS 02 несколько отличается от других тонкопленочных чувствительных элементов. В пассивационном слое и подложке датчика выделяется зона, представляющая собой мембрану. Компоненты калориметрического датчика - нагреватель и два терморезистора - располагаются на этой мембране, и именно эта часть датчика должна быть помещена в поток. Компенсирующий датчик располагается вне мембраны и служит только для компенсации охлаждения нагревателя.

Для заказа доступны как отдельный датчик, так различные платы-расширения, предоставляющие удобный доступ к выводам расходомера. Она из таких плат представлена на рисунке.


На рисунке приведен пример схемы включения калориместрического датчика расхода MFS 02 и график зависимости выходного напряжения Uflow от скорости потока.

 

 

 

Как было сказано выше, анемометрический и калориметрический принципы могут комбинироваться. 

При использовании датчиков серии FS2 для потоков малой скорости (примерно до 2.5 м/c), компенсирующий датчик температуры служит для нивелирования охлаждения нагревателя. В диапазоне от 0 до 2.5 м/c датчик имеет чувствительность 0.001 м/c, что на порядок выше по сравнению с расходомерами FS5/FS7.

Для более высоких скоростей потока датчик FS2 может использоваться как анемометрический расходомер, состоящий из нагревателя и компенсирующего датчика. В этом случае модуль величины скорости потока определяется квадратичной функцией от напряжения Uflow (нижний график), а направление потока – по напряжению с полномостовой схемы калориметрического датчика.

На рисунке приведен пример схемы включения калориметрического датчика. 

 

 

 


Отличительные характеристики описанных серий датчиков скорости потока приведены в таблице.

 
Датчик скорости потока Диапазон измерений (м/c) Точность (м/c) Определение направления потока Рабочий диапазон температур Время отклика
FS2 0 - 50 0.001 + -20 .. +150 °C < 0.5 сек
FS5  0 - 100 0.01 - -20 .. +150 °C (доступны решения с рабочей температурой до +450 °C) ~ 160 мс
FS7  0 - 100 0.01 - -20 .. +150 °C ~ 200 мс
MFS 02  0 - 1.5 0.001 + -40 .. +160 °C < 10 мс
Расширения для MFS02 0 - 1.5 0.0003 + -40 .. +160 °C < 10 мс

 

Любые вопросы, связанные с вариантами исполнения датчиков, условиями их поставки и применения, Вы можете задать специалистам компании ЭФО - официального дистрибьютора IST в России.

 

© 1999-2016 All Right Reserved. EFO Ltd. При использовании материалов ссылка на источник обязательна.
Контактная информация