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熱式質(zhì)量流量計的設(shè)計-專注微流體控制技術(shù)

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，為有效地進(jìn)行生產(chǎn)操作和控制，需要測量生產(chǎn)過程中各種介質(zhì)的物理參數(shù)。其中，流體的流量是經(jīng)常測量和控制的重要參數(shù)之一。由于流量測量的復(fù)雜性,流量測量儀表已經(jīng)成為工藝過程檢測控制儀表中品種規(guī)格最為繁多的一類儀表。熱式流量計是利用傳熱原理直接測量流體質(zhì)量流量的儀表，目前應(yīng)用較多的是熱分布式熱式流量計和熱消散式熱式流量計。熱式流量計能夠測量極低流速的微小流量，壓力損失小，而且由于沒有可動部件，可靠性高。

本文用侵入式加熱電阻元件對流動氣體進(jìn)行恒功率加熱，利用變化的溫度差來測量圓管道內(nèi)氣體質(zhì)量流量。為了使熱式流量計應(yīng)用于易氣化液體的流量測量，本文同時對制冷型熱式液體質(zhì)量流量計進(jìn)行了研究。主要研究工作概括如下：

1、在詳細(xì)閱讀有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了流量計的發(fā)展過程，著重論述了熱式質(zhì)量流量計的種類及其測量原理。

2、闡述了熱式流量計測量原理所涉及的流體力學(xué)、對流傳熱和熱電制冷等學(xué)科的基本概念以及這些物理現(xiàn)象的數(shù)學(xué)描述和分析方法;推導(dǎo)了恒功率熱消散式熱式氣體流量計和冷型熱式液體流量計的流量方程，論證了兩種流量測量方法的可行性。

3、針對圓管道內(nèi)空氣流經(jīng)圓柱形恒功率加熱電阻元件這一情形進(jìn)行了流體仿真實驗。仿真實驗結(jié)果給出了不同空氣質(zhì)量流量下加熱元件周圍流體的速度和溫度分布，直觀反映了加熱元件對流動產(chǎn)生的影響;研究了發(fā)熱元件表面流體的速度分布，揭示了由浮升力引起的自然對流對流量測量的影響，給出了測量下限值的仿真結(jié)果;并通過仿真實驗數(shù)據(jù)驗證了恒功率熱消散式熱式流量計的流量方程。

4、對恒功率消散式熱式氣體流量計和制冷型熱式液體流量計分別設(shè)計了溫度信號的測量電路，搭建了基于微控制器的實驗平臺。提出了用統(tǒng)計方法和均值濾波方法相結(jié)合的方式，對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件濾波。通過動態(tài)地改變微控制器的節(jié)電管理方式和系統(tǒng)時鐘頻率，可以有效地降低系統(tǒng)運行功耗。

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