【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及流量传感器，属于传感器制作领域。
技术介绍
1、随着先进制造、新能源、新材料、生物医药、核安全和人工智能等领域的迅速发展，精密测量尤其是液体微小流量(小于10ml/min)的测量需求逐渐凸显出来。例如，光刻胶与显影液涂布、锂电池电解液填充、精细化工试剂泵送、静脉注射定量给药等，特别是镇痛类药物的持续小剂量输注、儿科重症监护病房的药物输注等特殊应用场景，对100μl/min以下液体微小流量测量的准确度和测量下限又提出了新的需求。由于微小流体流动的流量范围越来越低，基于宏观测量原理的流量测量方法不可避免的具有一定的局限性，限制了它们的应用。与这些流量测量方法相比，采用热式流量传感器测量(热式流量传感器包括热分布型流量传感器和热损失型流量传感器等不同类型传感器)具有压损低、流量测量范围大、精度高、重复性高、可靠性高、无可动部件等特点，在气体流量的测量中得到广泛应用，并且可以用于极低气体流量的测量。而在液体流量测量方面，现有的热式流量传感器易受到液体温度变化影响，抗干扰能力有待提高，测量精度低以及量程范围较小。此外，热式流量传感器中的热损失型流量传感器仅支持单一液体方向的流量测量，测量方式单一。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有热式流量传感器易受到液体温度变化影响，抗干扰能力有待提高，测量精度低以及量程范围较小，热式流量传感器中的热损失型流量传感器仅支持单一液体方向的流量测量，存在测量方式单一的问题，提出了一种用于液体微小流量测量的双模双向热式流量传感器。p>
2、一种用于液体微小流量测量的双模双向热式流量传感器，所述传感器包括径向截面为矩形的玻璃管、5个蛇形薄膜电阻器、电源、数据采集器和控制器；
3、5个蛇形薄膜电阻器包括1个加热元件、一号热场检测元件、二号热场检测元件、2个环境温度检测元件和核心温度检测元件；
4、矩形玻璃管内部为中空，作为液体通道，加热元件、一号热场检测元件、二号热场检测元件和2个环境温度检测元件均设置在矩形玻璃管的上表面，加热元件位于矩形玻璃管上表面的中心位置，一号热场检测元件和二号热场检测元件对称设置在加热元件的两侧，2个环境温度检测元件分别设置在一号热场检测元件的一侧和二号热场检测元件的一侧，且2个环境温度检测元件设置在靠近玻璃管的液体流入端；核心温度检测元件设置在矩形玻璃管下表面，核心温度检测元件与加热元件相对设置；
5、电源，用于向加热元件供电，使加热元件产生焦耳热，向流经玻璃管的液体传递热量；
6、一号热场检测元件、二号热场检测元件、核心温度检测元件和2个环境温度检测元件中液体流入端的1个环境温度检测元件，分别用于感应各自位置处液体的电阻值，发送给数据采集器；
7、数据采集器，用于将采集到的4个电阻值转换成4个温度值发送给控制器；
8、控制器，用于利用热分布模型对一号热场检测元件的温度值和二号热场检测元件的温度值处理，获得液体第一种流量值，并将一号热场检测元件的温度值和二号热场检测元件的温度值中温度低的一号热场检测元件或二号热场检测元件一侧作为液体流入端；
9、还用于利用热损失模型对核心温度检测元件的温度值和液体流入端的环境温度检测元件的温度值处理，获得液体第二种流量值；
10、在预设2条曲线上选取液体第一种流量值和液体第二种流量值对应的点，连接液体第一种流量值和液体第二种流量值在预设每条曲线上的两个点，得到1个斜率，预设2条曲线上共得到2个斜率，预设2条曲线分别为核心温度检测元件和液体流入端的环境温度检测元件温差与流量关系曲线、一号热场检测元件和二号热场检测元件温差与流量关系曲线；
11、利用权重模型对液体第一种流量值、液体第二种流量值和2个斜率处理，获得最终液体流量值。
12、优选地，热分布模型，表示为：
13、
14、式中，qm1为第一种液体流量值，a1和b1均为常数，δt1为一号热场检测元件的温度值和二号热场检测元件的温度值的差值。
15、优选地，热损失模型，表示为：
16、
17、式中，qm2为第二种液体流量值，p为加热元件的加热功率，a2、b2和k均为常数，δt2为核心温度检测元件与液体流入端的环境温度检测元件温差。
18、优选地，权重模型，表示为：
19、
20、式中，qm为最终液体流量值，k1为液体第一种流量值和液体第二种流量值在预设的核心温度检测元件和液体流入端的环境温度检测元件温差与流量关系曲线上形成的斜率，k2为液体第一种流量值和液体第二种流量值在预设的一号热场检测元件和二号热场检测元件温差与流量关系曲线形成的斜率，qm1为液体第一种流量值，qm2为液体第二种流量值。
21、本专利技术的有益效果是：
22、本专利技术提供了一种用于液体微小流量测量的双模双向热式流量传感器，其结构上采用热分布型流量测量技术和热损失型流量测量技术相结合的技术，简称“热分布-热损失”双模设计，热分布型流量测量技术适合低流量测量，具有双向测量能力，但在大流量下输出容易饱和；热损失型流量测量技术在大流量下线性度更好，但小流量下灵敏度不佳，并且不具有流动方向判别能力。本专利技术利用权重模型和流向判别机制(根据一号热场检测元件的温度值和二号热场检测元件的温度值判别液体流入端)，将两种原理的优点结合起来，提高测量范围和全量程测量精度。与单模传感器相比，可以实现更大量程范围和更高的测量精度。因此，本专利技术通过合理配置传感器敏感元件，结合不同测量技术的优势，提高热式液体微小流量测量精度并扩展其量程范围，对于测量技术及其所涉及领域的发展具有重大意义。
23、此外，由于2个环境温度检测元件采用了对称设计，流量计可以实现相同精度的双向流量测量。
24、设计了核心温度检测元件和2个环境温度检测元件，核心温度检测元件可以监控核心温升，防止温升过大对待测样品产生影响；2个环境温度检测元件可以消除环境温度变化对测量带来的不利影响，提高测量精度。
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1.一种用于液体微小流量测量的双模双向热式流量传感器，其特征在于，所述传感器包括径向截面为矩形的玻璃管(1)、5个蛇形薄膜电阻器、电源、数据采集器和控制器；
2.根据权利要求1所述的一种用于液体微小流量测量的双模双向热式流量传感器，其特征在于，热分布模型，表示为：
3.根据权利要求1所述的一种用于液体微小流量测量的双模双向热式流量传感器，其特征在于，热损失模型，表示为：
4.根据权利要求1所述的一种用于液体微小流量测量的双模双向热式流量传感器，其特征在于，权重模型，表示为：
【技术特征摘要】
1.一种用于液体微小流量测量的双模双向热式流量传感器，其特征在于，所述传感器包括径向截面为矩形的玻璃管(1)、5个蛇形薄膜电阻器、电源、数据采集器和控制器；
2.根据权利要求1所述的一种用于液体微小流量测量的双模双向热式流量传感器，其特征在于，热...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯立凯，范旭，包福兵，凃程旭，赵亚磊，余健，卢兆泽，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：
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