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、計算機技術、精密機械技術、高密度封裝技術的發(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鍵技術問題。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置間距問題進行了以下幾個方面的工作： 利用流體力學的相關理論，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，推導了兩點和三點式壓差測量瞬態(tài)流量方法的相關公式，并對影響測量的相關因素進行了分析。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置間距提出了小于1cm的設想，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技術引入流量測量領域，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