壓差式瞬態(tài)流量測量傳感器的有限元分析與模擬.pdf

1、科學(xué)儀器是對物質(zhì)世界的信息進行測量與控制的手段，是信息產(chǎn)生的源頭。隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、精密機械技術(shù)、高密度封裝技術(shù)的發(fā)展，新型的儀器儀表將不斷小型化(微型化)、集成化、數(shù)字化和智能化。 傳感器與電子系統(tǒng)的集成和一體化是智能儀表微型化的關(guān)鍵技術(shù)問題。本文以壓差式瞬態(tài)流量測量為目標，圍繞實現(xiàn)壓差式測量中多點壓力傳感器設(shè)置間距問題進行了以下幾個方面的工作： 利用流體力學(xué)的相關(guān)理論，詳細分析了利用壓力傳感實現(xiàn)瞬態(tài)流量測量

2、的機理，推導(dǎo)了兩點和三點式壓差測量瞬態(tài)流量方法的相關(guān)公式，并對影響測量的相關(guān)因素進行了分析。利用兩個壓差實施測量，不僅可以克服流量計算中慣性項和粘性項的影響，而且數(shù)學(xué)模型非常簡單，易于實現(xiàn)反向測量。 對實現(xiàn)壓差式測量中多點壓力傳感器設(shè)置間距提出了小于1cm的設(shè)想，并用有限元分析模型模擬分析了在壓力傳感器間距小于1cm條件下流量測量的性能，取得了有意義的實驗數(shù)據(jù)，證明了實現(xiàn)這一設(shè)想的可行性。 分析了壓力傳感器在軸向距離小于

3、1cm的情況下，管道內(nèi)流條件對流量測量的約束。利用ANSYSFlotran工作數(shù)據(jù)，對比分析各種復(fù)雜管路內(nèi)流情況，在綜合考慮層流、湍流、換熱、絕熱、牛頓流體、非牛頓流體、可壓縮流體、非可壓縮流體、不同流速、不同壓力、不同管徑、不同管路模型等因素條件下，討論了壓差式瞬態(tài)流量傳感器的適應(yīng)性。 由于壓力傳感器可以利用IC加工工藝實現(xiàn)，本文的研究工作將MEMS技術(shù)引入流量測量領(lǐng)域，為流量測量傳感器與測量電路的集成提供了理論依據(jù)，為流量測