高温环境下热式微流量传感器及检测系统研究

发布时间：2017-09-12 22:24

  本文关键词：高温环境下热式微流量传感器及检测系统研究

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【摘要】：平板微热管是较有效的传热器件之一,它为电子产品的散热问题提供了一种有效可行的解决途径。为了探索平板微热管的传热特性与其结构设计之间的关系,了解微热管内不同温度区间的蒸汽传输特性,为提高微热管性能研究提供直接可靠的实验数据,本文开展了高于室温环境的热式气体微流量传感器及其检测系统的研究。利用ANSYS仿真软件分析了液体或气体流经不同加热器结构的热式流量传感器的温度场分布,在此基础上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,并利用MEMS技术进行了加工制作,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,可对一定范围内的气体流量进行实时检测,并绘制流速随时间的变化曲线。将本文设计的热式微流量传感器封装于微热管内部,对其温度场分布进行了测试,分析了热式流量传感器的加热器对微热管内部温度场的影响,验证了利用热式微流量传感器测量微热管内部蒸汽流量的可行性。在此基础上,对用于微热管蒸汽流量测量的热式流量传感器结构进行了优化,并对蒸汽流量进行了测试分析。测试结果表明,本文设计的热式微流量传感器可以检测高于室温环境下的气体微流量,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。结构优化的热式微流量传感器可以用于微热管内部蒸汽流量的测量,其测量结果对于研究微热管性能具有一定的参考价值。
【关键词】：高于室温环境热式微流量传感器 微流量传感器检测系统 平板微热管内部温度场分布 平板微热管内部蒸汽流量
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172.4;TP212;TP274
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题的提出9-10
• 1.2 热式微流量传感器的国内外研究现状10-14
• 1.3 本文的主要工作14-16
• 2 热式微流量传感器及其检测系统简介16-24
• 2.1 热式微流量传感器的工作原理16-20
• 2.1.1 同质流体运动的方程描述16-17
• 2.1.2 流体动力学边界层17-18
• 2.1.3 热边界层18-19
• 2.1.4 ANSYS仿真软件在热分析中的应用19-20
• 2.2 温度检测方法简介20-22
• 2.2.1 温度传感器简介20-21
• 2.2.2 Pt薄膜电阻及其温度特性21-22
• 2.3 上位机软件开发方法及C22-24
• 2.3.1 上位机软件开发方法22
• 2.3.2. NET Framework和C22-24
• 3 热式微流量传感器仿真及其设计制作24-35
• 3.1 热式微流量传感器的ANSYS仿真24-30
• 3.1.1 不同形状加热器的加热效果24-27
• 3.1.2 热式微流量传感器仿真27-30
• 3.2 热式微流量传感器的设计及其制作30-35
• 3.2.1 热式微流量传感器设计及掩膜版制作31-33
• 3.2.2 微流量传感器工艺制作33-34
• 3.2.3 微流量传感器的焊接及封装34-35
• 4 微流量传感器检测系统设计35-46
• 4.1 系统整体设计方案35
• 4.2 模拟电路设计35-41
• 4.2.1 流量采集电路36-38
• 4.2.2 求差电路38
• 4.2.3 线性放大电路38-39
• 4.2.4 双向限幅电路39-40
• 4.2.5 输出电路40
• 4.2.6 模拟部分电路仿真40-41
• 4.3 数字电路设计41-43
• 4.3.1 单片机系统设计41-42
• 4.3.2 电平转换电路设计42-43
• 4.4 上位机程序设计43-44
• 4.5 印制电路板实现44-46
• 5 微流量传感器测试结果及其分析46-66
• 5.1 微流量检测系统平台搭建46-47
• 5.2 微流量传感器的标定及测量结果分析47-53
• 5.2.1 环境温度与加热器温度场分布关系47-51
• 5.2.2 微流量传感器的标定51-52
• 5.2.3 微流量传感器的实际测量52-53
• 5.3 微流量传感器用于平板微热管测量的可行性分析及其结构优化53-63
• 5.3.1 测试平台的搭建54-55
• 5.3.2 微热管内部温度分布55-57
• 5.3.3 微流量传感器的结构优化57
• 5.3.4 微流量传感器的标定57-58
• 5.3.5 微流量传感器的误差分析58-62
• 5.3.6 内置微流量传感器对微热管性能的影响62-63
• 5.4 微流量传感器在平板微热管中的应用63-66
• 结论66-68
• 参考文献68-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 胡珊;流量传感器技术在热电厂中的应用及其发展[J];仪器仪表用户;2003年05期

2 彭杰纲,周兆英,叶雄英;基于MEMS技术的微型流量传感器的研究进展[J];力学进展;2005年03期

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本文编号：839872