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层流气体质量流量计为什么响应速度比热式的快

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2024/12/17 13:16:50

        层流气体质量流量计响应时间比热式的快,主要是因为层流压差质量流量计的响应时间取决于获取层流元件两端压力降的时间,这个时间和压力波的传播速度有关,压力波属于声波的一种,传播速度和声波一样快‌。可达350米/秒,所以易度智能层流质量流量计快速响应型的响应时间可以达到20ms或更短,且仍在不断进步中‌。理论上层流原理质量流量计的极限响应速度能够达到快于1毫秒(相当于1秒的1000分之一)。

响应时间.png

        热式质量流量计是通过温度的变化或加热功率的变化来计算流量的。由于传热是一个缓慢的过程,热式质量流量计需要一定的时间来达到热平衡状态,从而才能准确测量温度并计算流量。因此,热式质量流量计的响应速度相对较慢,通常不如层流质量流量计快,要想缩短响应时间,需要毛细管更细,但目前热式质量流量计的毛细管已经细到极限。

        最近一百年里,为了将热式温度探头的质量缩小已经做了大量的工作。从最开始的热丝,发展到毛细管,最后是半导体的纳米结构,可以说几乎达到了技术的极限。目前热丝因其强度太低,容易损坏,同时易受污染,所以除少数科学实验外已很少使用;毛细管目前是气体热式质量流量计的主流做法,特别对于小微气体流量测量是精度、重复性、响应速度最佳的一种。目前毛细管的尺寸已经小于1毫米,而加热丝(一般为铂金丝)直径已经小于0.2毫米,由于结构与强度的稳定性要求,这个尺寸已趋于极限,最近10年来已没有显著进展。半导体纳米结构的热式传感器(这就是常说的热式芯片技术)主要用于汽车发动机进气流量测量等,这些领域对价格和尺寸比较敏感。从微尺度方向设计传热结构确实有其优势,它的响应速度快于毛细管式,极限速度能够达到0.5秒这个水平(毛细管的极限水平在1秒左右),这也基本达到了它的技术极限,最近10年没有明显进步。


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