6传感器技术(JournalofTransducerTechnology)2004年第23卷第5期‘AA:研究与探讨\压阻式流速传感器研究卢晓敏，金建东，董宇红，赵异凡(中国电子科技集团公司第四+九研究所，黑龙江哈尔滨150001)播要：介绍r-•种流速传感器的工作原理、结构设计和关键工艺。该传感器基于毕托管的工作原理来测量流速,采用压阻式差压传感器测量流体中的总压与静压之差。整个装置体积小、重量轻，可实现便携式检测,对流速传感器的标定测试方法进行了探讨和试验验证,实际测最和使用表明：流速测量结果准确可靠，准确度达0.5%FSc关键词：压阻式；流速传感器；差压；半托管中图分类号：TP2I2文献标识码；A文章编号：1000-9787(2004)05-0006-03StudyonpiezoresistiveflowvelocitysensorLUXiao-min,JINJian-dong,DONGYu-hong,ZHAOYi-fan(The49thResearchInstitute,ChinaElectronicsTechnologyGroupCorporation.Harbin150001,China)Abstract:Theoperationprinciple,structuredesignandkeytechniqueofaflowvelocitysensorarepresented.BasedonlhePitotlubeprinciple,theflowvelocityismeasured,andthepiezoresistivedifferentialpressuresensorisusedtomeasurethedifferencebetweenthetotalhydro-pressureandthestaticpressure.Hiedevicehasthecharacterislicsofsmallsize,lightweightandportablemeasurement.Fromthepracticalmeasurementandapplication,ilisshownthatthemeasurementresultofflowvelocityisreliableandlheaccuracyis0.5%FS.Keywords；piezoresistive;flowvelocitysensor;differentialpressure；Pilottube。前言流速是流体流动测M•的基本参数，流量的测量一般最终也都归结为流速的测届。因此，流速传感器在国防和工业过程控制中都有广泛的应用。在一些大型流场的试验中，为了取得流场中的流速分布状况，大量的流速测量点需要多次取得数据,并迅速得到结果，这就要求传感器能迅速反应并能远距离记录和显示，以实现数据的自动采集、监控和处理。技术先进的激光流速计价格昂贵，且不适于用在大型流场，传统的流速计很难胜任这种需求，而本文提出的流速传感器，流速测置范围为2〜10m/s；工作温度为-40~80T；耐静压为20MPa。在模拟海流运动的流场监视中，可以满足流速测量的需要，为实验数据的实时处理提供了一条有效的途径。1基本原理静止的流体中某一点上的压力，在任何方向上大小都是相同的，这被称为静压力P。流动的流体中迎着来流方向的某一点上的压力，除了静压外，还有流体被滞止后由流速转变来的压力Ap,这两个压力之和被称为总压Po，Po=P+根据理想不可压缩流体的伯努利(Bernoulli)方程⑴，流速与总压和静压之间的关系为式中p为流体密度；V为流速,m/s；p°为总压,Pa;P为静压,Pa。式中a为由实验确定的常数。式(3)为毕托管流速传感器的理论公式，它属于一种间接测量，得出的结果是一个与介质特性有关的过程参数——流速。按照这一理论设计的传感器外壳，通过其特定的流体力学外形使得引入膜片卢晓敏等:压阻式流速传感器研究两侧的压力是流场中某一点的静压和总压。这2个压力的作用结果使膜片产生形变，并将这个形变的大小转换成电信号输出。传感器结构见图1。圈1流速传感器结构图Fig1Structurediagramofflowvelocitysensor2传感器的设计2.1传感器外形的设计流速传感器的外壳是一个转换器,具有把流速转换成静压和总压的功能。其设计的关键是保证总压孔和静压孔引入的压力真正是被测点的静压和总压。传感器头部可以设计成半球形、截锥形和椭球形，如图2所示。(a)半球形(b)frustumshape(C)椭球形(c)ellipseshape圈2国际标准推荐的三种毕托管头部形状Fig2ThreekindsofheadshapesrecommendedbyISO经比较，该传感器头部设计成椭球形，由2个1/4椭球构成，中间由总压孔相隔，总压孔直径为2mm,这一直径从顶端算起的I.5D深度内保持不变(。为传感器外径)，传感器外形的设计参照了国际标准化组织推荐的外形(IS03966nl)o2.2铮压孔的设计静压孔位置的选择至关重要。当把流速传感器置于流体中测址静压和总压时，由于传感器的存在，而干扰原来的流场，因此，传感器的外径要做得尽轼小，使它对流场的干扰最小。...