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面向呼吸监测的热式气体流量传感器设计 被引量:1
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作者 任帅 胡慧 +2 位作者 张昂 黄祎淼 王涛 《北京理工大学学报》 北大核心 2025年第6期621-628,共8页
为了优化呼吸监测气体流量传感器的体积与精度,基于国产化热式流量测量芯片,设计了一种融合热分布和恒温差模式的高精度、宽量程和快速响应气体流量传感器.首先设计了热式流量测量芯片的驱动放大电路,进行了PCB绘制及加工,使得传感器能... 为了优化呼吸监测气体流量传感器的体积与精度,基于国产化热式流量测量芯片,设计了一种融合热分布和恒温差模式的高精度、宽量程和快速响应气体流量传感器.首先设计了热式流量测量芯片的驱动放大电路,进行了PCB绘制及加工,使得传感器能够在呼吸流量监测范围-200~200 L/min的情况下实现模拟量0.5~4.5 V输出;其次设计了带有支路的气体流道结构及具有良好防水性的封装结构,使得传感器满足医用呼吸监测高湿环境需求;最后完成了整体传感器的装配测试,并对传感器进行了参数标定.实验结果表明,该传感器整机功率为20 mW,流量测量误差低于±1%F.S.,响应时间低于15 ms,线性度低于±3%. 展开更多
关键词 气体流量传感器 微机电系统 热式流量测量 呼吸监测
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MEMS气体流量传感器的简易流量测试装置 被引量:4
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作者 高杨 代富 +1 位作者 席仕伟 刘婷婷 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2014年第8期109-112,共4页
为了完成所研制的MEMS气体流量传感器样品的流量测试与标定,设计制作了一种由标准流量发生器和传感器信号读出与数据采集电路组成的简易流量测试装置。标准流量发生器由注射器和可更换的砝码组成,利用不同的砝码配重,在注射器出气口产... 为了完成所研制的MEMS气体流量传感器样品的流量测试与标定,设计制作了一种由标准流量发生器和传感器信号读出与数据采集电路组成的简易流量测试装置。标准流量发生器由注射器和可更换的砝码组成,利用不同的砝码配重,在注射器出气口产生合适的恒定气体流速。通过理论分析和Ansys有限元数值仿真,验证了简易标准流量发生器的可行性。传感器信号读出与数据采集电路基于内建多路A/D转换器的单片机实现,具有传感器加热电阻器的恒温控制、流量信号的数字检测和显示的功能。采用该简易流量测试装置对自行研制的MEMS气体流量传感器进行了流量测试与标定,获得了待测器件的标定参数、传感器流量测量的绝对误差和相对误差。 展开更多
关键词 微机电系统 气体流量传感器 测试 标定 有限元分析
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多探头热式气体流量传感器的设计与仿真 被引量:4
3
作者 沈平平 梁国伟 +1 位作者 赵伟国 冯洁 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2010年第11期104-106,109,共4页
在组合铂膜探头的基础上,提出了一种多探头热式气体流量传感器的结构形式,运用FLUENT软件在不同直管段条件下对其所在的管道内的流场进行仿真研究。运用多传感器数据融合的方法对每个探头所在测量点的仿真流速值进行处理融合,并与单点... 在组合铂膜探头的基础上,提出了一种多探头热式气体流量传感器的结构形式,运用FLUENT软件在不同直管段条件下对其所在的管道内的流场进行仿真研究。运用多传感器数据融合的方法对每个探头所在测量点的仿真流速值进行处理融合,并与单点仿真结果进行比较。仿真结果表明:在直管段长度较短,流场分布不规则的情况下,多探头流量传感器的测量精度明显比单个探头要高。 展开更多
关键词 热式气体流量传感器 组合铂膜探头 数据融合 FLUENT软件
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污染物对热膜式气体流量传感器精度的影响 被引量:3
4
作者 袁昌荣 孙中圣 李小宁 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期367-376,共10页
为了预测污染物对热膜式气体流量传感器精度的影响,研究传感器精度下降机理。首先,分析传感器测量原理,建立传感器电压输出理论数学模型,并基于绕流理论推导气体流经污染物后流速公式;然后,搭建污染物颗粒累积试验平台,进行长时间颗粒... 为了预测污染物对热膜式气体流量传感器精度的影响,研究传感器精度下降机理。首先,分析传感器测量原理,建立传感器电压输出理论数学模型,并基于绕流理论推导气体流经污染物后流速公式;然后,搭建污染物颗粒累积试验平台,进行长时间颗粒累积试验,验证理论模型合理性。研究结果表明:传感器的输出电压与所测气体流速、基底隔膜厚度以及导热系数有关;气体流速下降幅度随污染物高度增加而增大,随污染物与加热电阻中心距离增加而减小;污染物颗粒主要围绕热膜电阻周边呈“U”型分布,热膜电阻上方基本无累积,说明传感器精度下降主要是由热膜电阻前端累积的污染物改变气流流速所致;传感器电压输出理论计算值和试验测量值相吻合,证实了理论模型的合理性。 展开更多
关键词 热膜式 气体流量传感器 芯片污染 累积厚度 精度
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一种高性能MEMS气体流量传感器设计 被引量:5
5
作者 李辉 张持健 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2014年第2期77-79,共3页
使用MEMS技术研制出一种高灵敏度热温差式流量传感器.器件采用热隔离性能良好的衬底挖空结构,且热敏电阻器与热源距离可调,保证了系统的灵敏度和响应速度.同时热敏电阻器、加热电阻器与电桥电阻器集成在传感器片内,提高了系统的稳定性.... 使用MEMS技术研制出一种高灵敏度热温差式流量传感器.器件采用热隔离性能良好的衬底挖空结构,且热敏电阻器与热源距离可调,保证了系统的灵敏度和响应速度.同时热敏电阻器、加热电阻器与电桥电阻器集成在传感器片内,提高了系统的稳定性.实验表明:合适的电阻器间距可以获得较高的灵敏度,而在0~20 mL/min的量程范围内系统线性度较好,因此,在生化检测、医疗等领域具有良好的推广前景. 展开更多
关键词 气体流量传感器 MEMS 热温差原理 衬底挖空结构 灵敏度
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密立根法测量热膜式气体流量传感器中污染物颗粒带电量 被引量:2
6
作者 袁昌荣 李小宁 孙中圣 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2021年第5期775-779,共5页
热膜式气体流量传感器在实际使用过程中,其芯片表面很容易被微小颗粒污染,使精度达不到工作要求。试验研究发现,传感器通电工作时,芯片表面电场力是造成污染物颗粒吸附堆积的主要因素。因此,污染物颗粒带电量的大小对芯片表面颗粒的堆... 热膜式气体流量传感器在实际使用过程中,其芯片表面很容易被微小颗粒污染,使精度达不到工作要求。试验研究发现,传感器通电工作时,芯片表面电场力是造成污染物颗粒吸附堆积的主要因素。因此,污染物颗粒带电量的大小对芯片表面颗粒的堆积有着直接影响。文中采用Mastersizer 2000激光粒度分析仪和密立根油滴仪联合测量了颗粒群的平均粒径和平均带电量。激光粒度分析仪所测污染物颗粒的平均粒径为3.311μm,根据此平均粒径值,密立根油滴仪所测3.2~3.4μm范围内的颗粒所带平均带电量为6.4×10^(-17) C,此带电量即为整个颗粒群的平均带电量。 展开更多
关键词 热膜式气体流量传感器 芯片污染 颗粒粒径测量 颗粒带电量测量 密立根法
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基于曲线拟合的小量程气体流量传感器 被引量:2
7
作者 陈启兴 任国强 吴钦章 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2008年第10期98-100,共3页
开发了一种小量程的气体流量传感器。介绍了传感器系统的结构与工作原理,并对传感器系统进行了实验验证。实验结果表明:在常温与常压条件下,传感器工作正常,且气体流量的绝对误差不超过0.30mL,相对误差不超过7.4%。它不仅是一种气体传感... 开发了一种小量程的气体流量传感器。介绍了传感器系统的结构与工作原理,并对传感器系统进行了实验验证。实验结果表明:在常温与常压条件下,传感器工作正常,且气体流量的绝对误差不超过0.30mL,相对误差不超过7.4%。它不仅是一种气体传感器,还是一种气体流量或流速传感器。该传感器具有快速响应、高灵敏度、便于安装、稳固、耐用和高性价比等特点,适合于任何气体。 展开更多
关键词 气体流量传感器 非线性曲线拟合 微处理器 机电设备
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热电薄膜型气体流量传感器的热模拟分析 被引量:1
8
作者 张昭勇 秦明 +1 位作者 黄庆安 朱昊 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第2期189-191,共3页
本文利用有限元分析工具ANSYS/FLOTRAN ,模拟并分析了一个基于薄膜结构的热电型气体流量传感器的温度场 .并具体地分析了在气体流量通道入口处气体的流向角度对传感器输出信号以及气体流动状态的影响 .将最终的模拟计算结果与实验数据... 本文利用有限元分析工具ANSYS/FLOTRAN ,模拟并分析了一个基于薄膜结构的热电型气体流量传感器的温度场 .并具体地分析了在气体流量通道入口处气体的流向角度对传感器输出信号以及气体流动状态的影响 .将最终的模拟计算结果与实验数据进行比较 ,发现二者基本吻合 .利用此热学模型来模拟和分析此类传感器 ,不但可以减少大量的模拟分析过程而且可以降低计算的复杂度 。 展开更多
关键词 有限元分析 热模拟 计算流体动力学 气体流量传感器
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一种热温差式悬空结构气体流量传感器设计 被引量:2
9
作者 李辉 朱向冰 王建亮 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2013年第2期84-86,共3页
基于热温差原理,利用MEMS技术加工制备出高灵敏度微型气体流量传感器。该流量传感器采用热敏电阻器悬空结构,其热隔离性能较好,并利用温度系数大的VO2制备热敏电阻器;同时,利用机械性能和密封性能好的SU—8胶制备气流沟道,工艺简单,稳... 基于热温差原理,利用MEMS技术加工制备出高灵敏度微型气体流量传感器。该流量传感器采用热敏电阻器悬空结构,其热隔离性能较好,并利用温度系数大的VO2制备热敏电阻器;同时,利用机械性能和密封性能好的SU—8胶制备气流沟道,工艺简单,稳定性好,且成本较低,适合批量生产。实验表明:当传感器处于适当偏压下时,在0~30 mL/min的流速范围内响应速度快,灵敏度高,而且具有良好的线性度,适合生化检测、医疗等领域的应用。 展开更多
关键词 气体流量传感器 微机电系统 热温差原理 热敏电阻器 悬空结构 VO2
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热电薄膜型气体流量传感器的热模拟分析 被引量:1
10
作者 张昭勇 张昭猛 +1 位作者 秦明 黄庆安 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2002年第6期15-18,共4页
利用有限元分析工具ANSYS/FLOTRAN ,模拟并分析了一个基于薄膜结构的热电型气体流量传感器的温度场。并具体地分析了在气体流量通道入口处气体的流向角度对传感器输出信号以及气体流动状态的影响。将最终的模拟计算结果与实验数据进行比... 利用有限元分析工具ANSYS/FLOTRAN ,模拟并分析了一个基于薄膜结构的热电型气体流量传感器的温度场。并具体地分析了在气体流量通道入口处气体的流向角度对传感器输出信号以及气体流动状态的影响。将最终的模拟计算结果与实验数据进行比较 ,发现二者基本吻合。利用此热学模型来模拟和分析此类传感器 ,不但可以减少大量的模拟分析过程而且可以降低计算的复杂度 ,另外也为此类传感器的设计和验证提供了一个非常简单而有效的方法和依据。 展开更多
关键词 热电薄膜型 气体流量传感器 热模拟 有限元分析 流体动力学
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p+Si/Au热电堆式气体流量传感器一维模型及其应用 被引量:3
11
作者 王珊珊 王家畴 李昕欣 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期161-166,共6页
为了优化热电堆式气体流量传感器的结构参数使其灵敏度达到最佳,建立了一个一维数学模型,此模型能够快速反映当器件关键尺寸变化时传感器输出电压的变化,有限元仿真软件结果证实了此一维模型的有效性。并利用此模型对一系列器件关键参... 为了优化热电堆式气体流量传感器的结构参数使其灵敏度达到最佳,建立了一个一维数学模型,此模型能够快速反映当器件关键尺寸变化时传感器输出电压的变化,有限元仿真软件结果证实了此一维模型的有效性。并利用此模型对一系列器件关键参数进行仿真分析,结合工艺参数得到了一个最优化的器件尺寸。根据这一尺寸制造了一个p+Si/Au热电堆式气体流量传感器以进一步验证一维模型。测试得到的传感器归一化灵敏度为481 [mV/(m/s)]/W。此参数比之前的工作高出数倍。此外,测试所得的输出电压曲线与一维模型仿真的曲线一致性也较好,进一步证明了这一一维模型的正确性。 展开更多
关键词 热电堆式气体流量传感器 1-D数学模型 单面硅微机械加工 p+Si/Au 热电堆
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矿用多参数气体流量传感器设计 被引量:5
12
作者 杨绪军 程大伟 杨康 《工矿自动化》 北大核心 2014年第5期12-14,共3页
针对传统瓦斯抽放监测系统由于监测参数多而存在安装传感器多、铺设电缆多、安装维护不便等问题,设计了一种新型矿用多参数气体流量传感器。该传感器可测量管径为80~1 000mm的管道内流速为0.3~30m/s的气体流量,只需在管道上取一个安装... 针对传统瓦斯抽放监测系统由于监测参数多而存在安装传感器多、铺设电缆多、安装维护不便等问题,设计了一种新型矿用多参数气体流量传感器。该传感器可测量管径为80~1 000mm的管道内流速为0.3~30m/s的气体流量,只需在管道上取一个安装孔,传感器接一根四芯监控电缆就可通过RS485将管道流量、温度和压力信号上传到传输分站。工业性试验结果表明,该传感器量程比大,稳定性好,减少了瓦斯抽放监测系统前期调研、施工和维护等工作量,具有较强的实用性。 展开更多
关键词 瓦斯抽放 气体流量传感器 多参数 流量 温度 压力
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大量程气体流量传感器的仿真与设计 被引量:5
13
作者 赵伟国 徐晓丹 章圣意 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第7期973-978,共6页
基于热传递原理,设计了一种大量程气体流量传感器。采用FLUENT进行结构的仿真,结合权重法确定传感器的最优结构模型。研究了传感元件的温度特性,确定了传感器的工作状态。设计了传感电路,对传感器进行了自动温度补偿。测量中采用两种不... 基于热传递原理,设计了一种大量程气体流量传感器。采用FLUENT进行结构的仿真,结合权重法确定传感器的最优结构模型。研究了传感元件的温度特性,确定了传感器的工作状态。设计了传感电路,对传感器进行了自动温度补偿。测量中采用两种不同的测量原理,使传感器能够检测微小流量和中、大流量,提高了传感器的测量范围。实验结果表明该传感器测量流量量程为0.14m^3/h^130m^3/h,测量误差优于1.5%。 展开更多
关键词 大量程流量测量 流场仿真 气体流量传感器 温度自动补偿
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流量传感器用高精度差压芯体的设计
14
作者 程振乾 张强 +2 位作者 毕佳宇 于洋 刘兴宇 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第11期106-109,共4页
通过优化差压流量传感器芯体敏感结构及封装设计,解决现有压力、流量测量在精度、稳定性和适应性上的不足。差压式气体流量传感器利用伯努利原理,设计了一种双平衡扭转梁+T型梁结构谐振式差压敏感芯体,相比于传统单梁结构,通过调整结构... 通过优化差压流量传感器芯体敏感结构及封装设计,解决现有压力、流量测量在精度、稳定性和适应性上的不足。差压式气体流量传感器利用伯努利原理,设计了一种双平衡扭转梁+T型梁结构谐振式差压敏感芯体,相比于传统单梁结构,通过调整结构参数使Q值从15 084提高到37 124以上,有效保证了高性能。并通过硼硅玻璃实现应力隔离,在125℃情况下敏感膜上产生的热应力降至3.375 MPa。对敏感芯体进行热学、电学、疲劳等可靠性试验后进行性能测试,精度优于±0.1%FS。结果表明:该谐振式敏感芯体相比于传统压阻式差压在精度等方面有明显的优势,更加适配于极端性环境和高要求环境。 展开更多
关键词 气体流量传感器 差压敏感芯体 可靠性
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热隔离式MEMS气体质量流量传感器设计 被引量:4
15
作者 谷永先 曾鸿江 +2 位作者 邬林 胡娜娜 钱江蓉 《传感器与微系统》 CSCD 2016年第6期72-74,共3页
研制了一种热隔离式微机电系统(MEMS)气体质量流量传感器。加热电阻器和上下游测温电阻器采用热隔离悬梁式结构,间隔240μm。对恒温差电路的设计要点进行了分析并制作了系统电路。测试拟合了传感器输出电压随气体流量的关系曲线,并对... 研制了一种热隔离式微机电系统(MEMS)气体质量流量传感器。加热电阻器和上下游测温电阻器采用热隔离悬梁式结构,间隔240μm。对恒温差电路的设计要点进行了分析并制作了系统电路。测试拟合了传感器输出电压随气体流量的关系曲线,并对传感器进行了标定。测试结果表明:在0~20 L/min的流量范围内,传感器响应速度快,灵敏度高,输出信号平滑,适合于工业及医疗等领域。 展开更多
关键词 微机电系统 热隔离 气体质量流量传感器 恒温差
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高于室温环境的热式气体微流量传感器性能分析 被引量:4
16
作者 李伟 李杰超 闫卫平 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第2期160-164,共5页
为了探索平板微热管的传热特性,了解微热管内不同温度区间的蒸汽传输特性,开展了热式气体微流量传感器及其检测系统的设计。设计了一种便于探索最佳温度测量点的热式微流量传感器结构,利用MEMS工艺进行加工制作,在不同环境温度下对其性... 为了探索平板微热管的传热特性,了解微热管内不同温度区间的蒸汽传输特性,开展了热式气体微流量传感器及其检测系统的设计。设计了一种便于探索最佳温度测量点的热式微流量传感器结构,利用MEMS工艺进行加工制作,在不同环境温度下对其性能进行了测试,得到了环境温度与热式微流量传感器性能的关系。基于MSP430单片机和C#语言自主开发了流量传感器检测系统,可对一定范围内的流量进行实时检测,并实时绘制流速随时间的变化曲线。研究表明,采用本文设计的热式微流量传感器结构,可以检测高于室温环境下的微流量气体,并可通过提高加热器温度或改变测温电阻对的测量位置来提高测量灵敏度。 展开更多
关键词 热式气体流量传感器 Pt薄膜电阻 流量检测系统 高于室温环境
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微量程段的热式气体质量流量传感器研制 被引量:1
17
作者 胡娜娜 刘莹 +2 位作者 徐露 钱江蓉 胡国俊 《传感器与微系统》 CSCD 2018年第7期117-118,130,共3页
研制了一种微量程段的热式气体质量流量传感器。传感器芯片通过微机电系统(MEMS)工艺制备,芯片包括上下游测温电阻器和环境电阻器,其中测温电阻器有4只,对称分布在芯片中央位置,构成惠斯通电桥,芯片工作中采用恒压模式驱动。当气体流过... 研制了一种微量程段的热式气体质量流量传感器。传感器芯片通过微机电系统(MEMS)工艺制备,芯片包括上下游测温电阻器和环境电阻器,其中测温电阻器有4只,对称分布在芯片中央位置,构成惠斯通电桥,芯片工作中采用恒压模式驱动。当气体流过芯片表面时,会导致检测电桥不平衡,流量信号变化转换为相应的电压信号。通过实验标定了传感器的输出曲线并对传感器的精度进行了测试,测试结果表明:研制的传感器在流量0~5 m L/min的量程范围内,具有响应速度快、精度高的优点。 展开更多
关键词 微机电系统 微量程 气体质量流量传感器 高精度
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谐振式低速气体流速微传感器的理论建模
18
作者 陈健 陈德勇 王军波 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期804-806,共3页
首次提出一种基于昆虫风速感受器的微型谐振式传感器,用以测量低速气体流动。基于有限元分析提出气体雷诺数与其绕流无限长平板时的粘滞系数的数值关系,给出无限长平板的尺寸对于上述关系的影响。基于上述关系,推导这种微传感器在测量... 首次提出一种基于昆虫风速感受器的微型谐振式传感器,用以测量低速气体流动。基于有限元分析提出气体雷诺数与其绕流无限长平板时的粘滞系数的数值关系,给出无限长平板的尺寸对于上述关系的影响。基于上述关系,推导这种微传感器在测量低雷诺数气体流动时的理论模型,得到气体流速与谐振子固有频率偏移的关系。使用有限元分析来评估这种设计,其结果表明,当气体的雷诺数低于1时,这种传感器的输入与输出成线性关系,其灵敏度达到1.6 Hz/(cm·s^(-1))。 展开更多
关键词 微机械电子系统 谐振式气体流量传感器 粘滞系数 有限元模拟
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热膜式气流量传感器指数过渡分段拟合方法 被引量:5
19
作者 彭丹 杨磊 杨家强 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期1990-1998,共9页
为了提高应用于高速列车通气管道监测列车运行状态的热膜式气体流量传感器输出特性的曲线拟合精度,在多项式拟合和分段拟合的基础上,提出指数过渡分段拟合方法.该方法对气体流量和输出电压的关系进行分段拟合,人为选择一个分界点,利用2... 为了提高应用于高速列车通气管道监测列车运行状态的热膜式气体流量传感器输出特性的曲线拟合精度,在多项式拟合和分段拟合的基础上,提出指数过渡分段拟合方法.该方法对气体流量和输出电压的关系进行分段拟合,人为选择一个分界点,利用2组原始数据得到2条拟合曲线,2条拟合曲线相交得到一个交点,利用交点的前一个原始数据点和后一个原始数据点构成过渡区间,使用指数函数修正交点附近的过渡区间,解决了分段拟合不平滑的缺陷,实现了曲线间的光滑过渡.对提出的拟合方法进行实验验证,给出并比较了多项式拟合、分段拟合和指数过渡分段拟合的结果.结果表明,提出的指数过渡分段拟合方法具有很高的拟合精度,拟合误差不大于1.5%,方法简单、可靠. 展开更多
关键词 气体流量传感器 曲线拟合 多项式 分段 自然相交 指数曲线过渡
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热式质量流量传感器混合对流传热模型 被引量:2
20
作者 徐英 姚浩楠 +2 位作者 曹忠林 张涛 段春剑 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期406-412,共7页
考虑自然对流的影响,改进King定律,深入研究热式气体质量流量传感器的混合对流传热模型.针对恒流式热式气体质量流量传感器原理样机,分析不同流速下自然对流与强迫对流的关系.从自然对流的角度进行分析,指出King定律模型中指数n与对流... 考虑自然对流的影响,改进King定律,深入研究热式气体质量流量传感器的混合对流传热模型.针对恒流式热式气体质量流量传感器原理样机,分析不同流速下自然对流与强迫对流的关系.从自然对流的角度进行分析,指出King定律模型中指数n与对流强度比Gr/Re^2之间的变化规律.在天津大学常压气体流量标准实验装置上进行实验研究,实验管道管径为200,mm,流速范围为0.03~23.05,m/s.结合实验数据,建立指数n的数学模型,改进King定律模型,在低流速范围(0.03~1.00,m/s)内,与原King定律模型比较,质量流量测量精度有较大提高,平均误差从69.27%,减小到1.15%,. 展开更多
关键词 King定律 自然对流 混合对流 热式气体质量流量传感器 指数n 对流强度比
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