导电流体流量计制造技术

一种导电流体流量计，采用集电极与热交换金属介质均为地电位的晶体管获取信号，具有传感元件热过载自动保护电路和变功率量程转换电路．无机械运动部件，传感元件比功率密度高、热阻小、对流场扰动小，性能不受待测流体电学性质影响．适于对导电流体进行宽温度范围流速流量监测和控制，用于工业及民用供水系统流量监测，化工厂中间产物输运系统监测，以及构成大范围远距离流速流量集中监测系统．（*该技术在1995年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本技术属于流量测量仪表类。目前采用散热法测量流体流速流量常用两种方法一种利用半导体热敏电阻或金属丝由外电源提供加热功率处于高于环境温度状态，被测流体流速流量变化引起其热平衡温度变化，输出反映被测参数的电阻变化量，另一种利用结型半导体器件在高于环境温度的加热状态下的结电压表征被测流体的流速流量变化，或以在一定条件下结型半导体器件加热功率的变化量表征被测流体的流速流量变化。这两种方法对气体和不导电的液体介质是有效的。然而对于导电流体介质而言，上述第一种方法所采用的半导体热敏电阻或金属丝表面必须复以绝缘保护介质，由于增加了热阻，会显著响应特性。在采用第二种方法时，由于测量状态下的传感元件功耗很高，一旦使传感元件脱离被测介质环境，因环境热阻过大，测量元件温升很高，即有过热烧毁的可能。本专利技术目的在于制造一种新型的流量计，可以在导电流体中使用，能避免传感元件的热过载损坏，同时具有高的响应速度和测量灵敏度。图1 本技术获取流速流量信号的电路原理图 1——被测系统的地电位，2——防止传感元件热过载的开关，3——测量用三极管，4——对比用三极管，5——固定电阻，6——电位器，7——改变量程的开关，8——差动放大器，9——流速流量信号输出端，10——为测量用三极管和对比用三极管提供参考电压的直流电源，11——为传感元件提供加热功率的直流电源。图2 本技术所采用的一种在发生传感元件热过载瞬间自动切断加热电源的保护电路原理图12——被测系统地电位，13——继电器的常闭触点，14——测量用三极管或对比用三极管，15、16、17——固定电阻，18——电位器，19——电压比较器，20——晶体管，21——二极管，22——继电器线圈，23——继电器的常开触点，24——常闭自动复位开关，25——继电器线圈供电电源正端，26——继电器线圈供电电源负端，27——固定电阻，28——发光二极管，29——固定电阻。图3 本技术所采用的一种流量计结构示意图30——测量用三极管，31——对比用三极管，32——传感元件绝缘支杆，33——用环氧树脂固封的传感元件引出线，34——环氧玻璃纤维复合材料管，35——支撑传感元件的底座，36——密封圈，37——密封圈压盖，38——防漏的有机粘结材料，39——插座，40——传感元件与监测装置之间的联结导线，41——流速流量监测仪表，42——环氧树玻璃纤维复合材料做成的导流管，43——被测流体。采用两个晶体管构成流速流量测量传感器，其中每一个晶体管管芯半导体基片都烧结在金属介质上，该金属介质的一侧表面与被测流体直接接触，该金属介质与烧结其上的晶体管集电极具有相同的电位，上述两个晶体管的集电极电位相同，与待测流体之间没有电位差，在待测流场中不产生附加的电场和电化学反应及通过传感元件对待测流体提供电流加热的热效应。上述两个晶体管具有恒定的相同的基极电位，其中一个晶体管发射极与固定电阻相联，此固定电阻的另一端与加热电源相联，另一个晶体管的发射极与可变电阻的一端相联，此可变电阻的另一端与加热电源相联或通过另一固定电阻与加热电源相联，上述晶体管的发射极分别与差动放大器的两个输入端相联。以这个差分放大器输出端的电压为表征待测流场流速流量的电信号。调节与第二个晶体管发射极相联的可变电阻阻值，使两个晶体管的基极－－发射极电压及其对温度的变化率在被测流场的温度变化范围之内相等，保证被测流场温度变化时不影响流速流量测量精度。电路原理如图1，可以用开关7同时改变5和6的电阻值，使3和4的发射极电流改变，3和4发射极电流愈大量限愈宽。采用传感器热过载保护电路，3和4的集电极相联，经过一个继电器的常闭触点2(继电器线圈不通电时触点闭合)与地电位相联，这个接地端是上述加热电源和基极参考直流电源的正端。3或4中任意一个的发射极通过固定电阻或直接加在电压比较器的一个输入端上，这个电压比较器的另一个输入端与参考直流电源输出端相联，这个参考直流电源的另一端与上述晶体管的基极相联，如果该晶体管在工作状态下脱离被测流场，由于表面导热系数显著减小则引起其基极——发射极间电位差急剧减小，超过由上述参考直流电源设定的电压值时，电压比较器输出讯号使继电器吸合断开图1中的常闭触点2切断3和4的加热电流，继电器采用自锁，在3和4的加热电流被切断，上述基极－－发射极间电位差恢复正常之后触点1仍保持断开状态。自动热过载保护的一种电路原理如图2所示，14的发射极通过固定电阻29与运算放大器做成的电压比较器19的同相输入端相联，参考电压由18的活动接点加在19的反相输入端上，当19的同相端电位高于反相端的设定电位时19使20导通，继电器线圈22通电，触点13断开，触点23闭合使22继续通电继电器自锁，28发光表示测试环境出现流量流速传感器空载的故障，故障消除之后，手动切断开关24，使22断电触点13接通触点23断开，测量系统重新处于正常状态。实现本技术的一个具体方案。用n型硅片以平面工艺制备n－p－n型晶体管作为上述测量三极管和对比三极管，使以上两个三极管的集电极和衬底硅片等电位，分别把这两个衬底硅片用银浆或金烧结在银、铜、镍、铁或其合金材料制成的金属介质一侧表面上，上述金属介质的另一侧表面镀以铬、金、银或镍。上述硅片管芯不与金属介质相联接的外表面复以有机绝缘材料，为管芯和三极管电极引线提供有效的化学和物理保护。用环氧树脂或其复合材料做成通过待测流体的园柱形导流管〔42〕，在这个导流管的壁上开一个孔，这个孔与另外一个由同样材料制成的圆柱形管道〔34〕相联，这两个管道轴线之间的交角在90±20°范围之内，在第二个管道内装置测量三极管〔30〕和对比三极管〔31〕，与测量三极管〔30〕烧结在一起的金属介质置于定向流动的待测介质〔43〕中。对比三极管〔31〕置于第二管〔34〕内静止流体中，这两个三极管都固定联结在第二管道〔34〕顶端的顶座〔35〕上，便于拆卸维修。采用环氧树脂材料制备这两个管道是由于其良好的加工性能和绝热性能，可以有效地减少环境气温通过管壁对流速流量测量热交换过程的影响。为便于观察内部情况，以上两个管道中的任何一个可以用透明的有机玻璃或塑料制成，结构仍如上述。上述两个三极管的电极引线通过第二管道的顶座由插座〔39〕与相应测量仪器〔41〕相联，该测量仪器具有以下功能待测流体速度低于某临界值或高于某临界值时发出报警信号；在第二管道中用做传感器的三极管〔31〕未与被测流体接触时发生故障信号；输出指示流速流量值的模拟量或数字量信号；调节控制系统使待测流量稳定在设定值上。与已有技术相比本技术的特点如下1.传感元件工作状况不受待测流体电阻率影响，传感元件比功率密度高，具有热过载自动保护功能，热阻小，对待测流场的扰动少，适于对导电流体的流速流量进行高精度测量和控制，依据本技术所提出的方案，可以设计制造出一类宽温度范围，宽量限的流速流量监测仪表，用于材料、能源和加工工业的自动化供水系统，用于民用供水供暖系统和化工厂产品及中间产物的自动监测输运系统，尤其适用于电解质溶液的流速流量监测。2.传感器输出信号电平高、内阻低，信号处理系统具有较高的共模抑制能力，传感器输出的电信号可以远距离传输，适于构成大范围的集中流量流速监本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流量计，采用两个晶体管做传感元件，其特征在于其中每一个所说的晶体管管芯半导体基片都烧结在金属介质上，所说金属介质的一侧表面与被测流体直接接触，所说金属介质与被烧结其上的所说的晶体管集电极具有相同电位，所说的两个晶体管〔３〕〔４〕的集电极具有相同电位，〔３〕〔４〕具有相同的基极电位，其中〔３〕发射极通过固定电阻〔５〕与加热电源〔１１〕相联，〔４〕的发射极通过可变电阻〔６〕与〔１１〕相联，所说的流量计具有传感器热过载保护电路，当〔３〕或〔４〕脱离待测流场时自动切断其加热电流，电路构成方式如下，〔３〕〔４〕的集电极经过一个继电器的常闭触点〔２〕与地电位相联，这个接地端是〔１１〕和基极参考直流电源〔１０〕的正端，〔３〕或〔４〕其中一个的发射极通过固定电阻或直接加在电压比较器〔１９〕的一个输入端上，〔１９〕的另一个输入端与一个参考直流电源的输出端相联，〔１９〕的输出电压控制所说继电器常闭触点〔１３〕的通断，接通或切断〔３〕和〔４〕的加热电流，所说的继电器具有自锁功能，在〔３〕和〔４〕加热电流被切断之后仍保持〔１３〕的断开状态，有一个自动复位开关〔２４〕，通过〔２４〕解除所说继电器的自锁状态，有一个发光二极管〔２８〕，其一端与所说继电器的线圈〔２２〕的一端相联，另一端通过固定电阻〔２９〕与〔２２〕的另一端相联，所说的继电器吸合时该发光二极管〔２８〕亮，指示〔３〕或〔４〕处于加热电流断开状态。...

【技术特征摘要】
1.一种流量计，采用两个晶体管做传感元件，其特征在于其中每一个所说的晶体管管芯半导体基片都烧结在金属介质上，所说金属介质的一侧表面与被测流体直接接触，所说金属介质与被烧结其上的所说的晶体管集电极具有相同电位，所说的两个晶体管[3][4]的集电极具有相同电位，[3][4]具有相同的基极电位，其中[3]发射极通过固定电阻[5]与加热电源[11]相联，[4]的发射极通过可变电阻[6]与[11]相联，所说的流量计具有传感器热过载保护电路，当[3]或[4]脱离待测流场时自动切断其加热电流，电路构成方式如下，[3][4]的集电极经过一个继电器的常闭触点[2]与地电位相联，这个接地端是[11]和基极参考直流电源[10]的正端，[3]或[4]其中一个的发射极通过固定电阻或直接加在电压比较器[19]的一个输入端上，[19]的另一个输入端与一个参考直流电源的输出端相联，[19]的输出电压控制所说继电器常闭触点[13]的通断，接通或切断[3]和[4]的加热电流，所说的继电器具有自锁功能，在[3]和[4]加热电流被切断之后仍保持[13]的断开状态，有一个自动复位开关[24]，通过[24]解除所说继电器的自锁状态，有一个发光二极管[28]，其一端与所说继电器的线圈[22]的一端相联，另一端通过固定电阻[29]与[22]的另一端相联，所说的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张开逊，
申请(专利权)人：张开逊，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]