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专利号: 201710239210X
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于巨压阻传感器的高灵敏度气体流量测量装置,其特征在于:包括若干个环绕安装在被测气体的管道外壁上的巨压阻传感器,每个巨压阻传感器包括自下至上依次叠放的玻璃基底层、硅底层和绝缘二氧化硅层,所述绝缘二氧化硅层上表面的四周分别设置有一组硅铝异质结,每组硅铝异质结包括自内而外依次嵌套的内层硅、中间层铝和外层硅,硅铝异质结的两端均设置有金属边,每个金属边各自通过引线连接金属片,金属片通过其上引出的电极连接有铝端子;

所述硅底层底部向上设置有凹槽,位于凹槽上方的硅底层为巨压阻传感器的受力应变薄膜;

所述硅铝异质结为圆柱状结构,其中内层硅和中间层铝之间的硅铝接触区域形成第一接触势垒,中间层铝和外层硅之间的硅铝接触区域形成第二接触势垒;

所述四组硅铝异质结分别设置于绝缘二氧化硅层上表面的四周,其中两组面对面设置硅铝异质结位于受力应变薄膜相对应的范围内,另外两组面对面设置的硅铝异质结位于受力应变薄膜相对应的范围外,位于受力应变薄膜相对应的范围内两组硅铝异质结的连线与位于受力应变薄膜相对应的范围外两组硅铝异质结的连线互相垂直;

位于受力应变薄膜相对应的范围内两组硅铝异质结是被测端;位于受力应变薄膜相对应的范围外两组硅铝异质结是参考端。

2.根据权利要求1所述的基于巨压阻传感器的高灵敏度气体流量测量装置,其特征在于:相邻的巨压阻传感器相对于被测气体的管道轴向的旋转角度为120°。

3.根据权利要求1所述的基于巨压阻传感器的高灵敏度气体流量测量装置,其特征在于:所述被测气体的管道内壁上设置有若干个温度传感器。

4.根据权利要求1所述的基于巨压阻传感器的高灵敏度气体流量测量装置,其特征在于:还包括电源、信号调理电路、A/D转换器、单片机、显示器和HID,其中信号调理电路包括运算放大器和滤波器,所述电源分别连接巨压阻传感器、信号调理电路、A/D转换器、单片机,并为其供电;所述巨压阻传感器的电极和温度传感器分别连接运算放大器,再经滤波器和A/D转换器传递至单片机,所述单片机连接显示器和HID。

5.根据权利要求4所述的基于巨压阻传感器的高灵敏度气体流量测量装置,其特征在于:所述电源通过供电电极向巨压阻传感器和温度传感器提供基准恒流源。

6.根据权利要求4所述的基于巨压阻传感器的高灵敏度气体流量测量装置,其特征在于:所述单片机是MCU,其型号为STM32,所述显示器为液晶显示屏,其型号为LCD12864,所述温度传感器的型号为DHT11,所述HID为LED灯。

7.一种包括权利要求1‑6任一所述的基于巨压阻传感器的高灵敏度气体流量测量装置的测量方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)让被测气体通过安装有巨压阻传感器和温度传感器的管道,巨压阻传感器将测得的信号发送给信号调理电路,然后由单片机处理后得到数字化的差压值ΔP,代入公式测得气体流速veff,其中s为巨压阻传感器与管道的接触面积,ρ为气体密度,气体密度通过查表或者公式ρ=m/V计算得出,c为常数;

(2)将气体流速veff带入公式得到管道压力 其中μ为气体粘滞常数,R为管道半径,l为管道长度,kdh为管道摩擦常数;

(3)阻力 l为通道长度,kdh为管道摩擦常数;

(4)通过步骤(2)中得到的管道压力和步骤(3)得到的阻力,计算气体体积流量此时,管道压力信号与流量线性相关;

为了考虑环境温度对气体本身的影响,对气体体积流量公式进行改进,则气体体积流量计算公式为 其中TC为温度传感器标定时的温度,T0为标准状况下的温度,T为气体流量测量装置实际的工作温度;

利用单片机根据改进的气体体积流量计算公式 输出温度补偿以后的

气体流量值,并在显示器上进行显示。