一種鉑網(wǎng)式多功能傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本實用新型涉及一種傳感器。
【背景技術】
[0002] 目前使用的風速測量傳感器，主要由三種形式，一種是帶旋轉部件的風杯風速傳 感器、螺旋漿風速傳感器，另一種是熱線式風速傳感器，還有一種為熱膜式風速傳感器。
[0003] 風杯風速傳感器和螺旋漿風速傳感器因旋轉質(zhì)量有限，傳感器器慣性較大，轉動 部分破壞流場，不能測量較低的風速，誤差較大，使用壽命有限。
[0004] 熱線式風速傳感器通過散熱速度與風速的關系測量風速，熱線式風速傳感器存采 用一根長約為3_的金屬線連接在兩根接線柱上，通過測量金屬線的散熱功率測量風速。因 為金屬線較短，因此輸出信號較弱，后端信號處理電路復雜，且熱量易傳遞到接線柱上，導 致風速測量結果不準確。此外，熱線式風速傳感器無法完成溫度測量。
[0005] 熱膜式風速傳感器通過測量一層金屬膜的散熱量計算出風速，其熱量易傳遞到基 片上，導致風速測量結果不準確。此外，熱膜式風速傳感器屬于MEMS加工工藝范疇，工藝難 度大，需要昂貴的設備來制作，因此制作成本高。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本實用新型要解決的技術問題是:克服現(xiàn)有技術不足，提供一種可以用于風速或 溫度測量，精度高、壽命長、工藝簡單的多功能傳感器。
[0007] 本實用新型所采用的技術方案是：
[0008] -種鉑網(wǎng)式多功能傳感器，包括鉑絲實用新型、隔熱支柱實用新型、接線柱實用新 型和導線實用新型；隔熱支柱實用新型的外側面為雙線螺紋;鉑絲實用新型包括第一鉑絲 實用新型、第二鉑絲實用新型和第三鉑絲實用新型;第一鉑絲實用新型、第二鉑絲實用新型 和第三鉑絲實用新型有公共端S1，第一鉑絲實用新型和第二鉑絲實用新型的非公共端分別 與兩根接線柱實用新型相連，接線柱實用新型還與導線實用新型相連;第一鉑絲實用新型 和第二鉑絲實用新型分別沿兩道螺紋凹槽纏繞;第三鉑絲實用新型的非公共端固定在隔熱 支柱實用新型上;導線實用新型與外界連接。
[0009] 所述隔熱支柱實用新型繞有鉑絲實用新型的部分，中間有通孔，側面設有與通孔 相通的凹槽，形成兩個或以上沿圓周分布、外側面為弧形的分支柱。
[0010] 所述鉑絲實用新型的直徑為〇.〇2mm~0.05mm，阻值為46 Ω~200 Ω。
[0011] 所述接線柱和導線的連接處通過耐高溫膠固定。
[0012] 所述隔熱支柱的遠離接線柱的端面有小孔，第三鉑絲的非公共端穿過小孔，并固 定在小孔處。
[0013] 本實用新型與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：
[0014] 1)本實用新型纏繞式結構的鉑絲的長度比熱線式風速傳感器的金屬絲長度大2至 3個數(shù)量級，阻值達到數(shù)百歐姆，因此輸出信號大，后端信號處理電路簡單，并且結構不易損 壞，結構可靠。
[0015] 2)本實用新型具有無機械運動機構，對流場的破壞小、測量慣性小、能測量低風 速、精度高、長壽命等優(yōu)點。
[0016] 3)鉑絲由第一鉑絲、第二鉑絲和第三鉑絲組成，通過調(diào)整Sl的位置，改變鉑絲的阻 值，可以將鉑絲的阻值調(diào)整至常用的鉑電阻值，如46Ω、1〇〇Ω、200Ω，令傳感器的使用更加 方便。
[0017] 4)本實用新型屬于一般傳感器裝配，采用簡單的繞線設備，可手工制作，制作工藝 簡單，不需要昂貴設備的加工設備。
[0018] 5)本實用新型采用熱耗散測量原理，鉑絲同時具備測量風速或溫度的功能。
[0019] 6)本實用新型還可以作為溫度傳感器，由于采用的鉑絲的直徑為0.02mm~ 0.05mm，且與被測介質(zhì)直接接觸，其響應速度可達0.01秒，顯著優(yōu)于一般溫度傳感器的響應 速度。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本實用新型傳感器結構正面剖視圖；
[0021 ]圖2為本實用新型傳感器A-A面剖視圖；
[0022] 圖3為本實用新型傳感器B-B面剖視圖；
[0023] 圖4為本實用新型的鉑絲展開示意圖。
【具體實施方式】
[0024] 如圖1所示，一種鉑網(wǎng)式多功能傳感器包括鉑絲1、隔熱支柱2、保護罩3、金屬管4、 接線柱5、導線6和耐高溫膠7。
[0025] 本實用新型對風速測量采用熱耗散測量原理，對鉑絲1通以電流時，鉑絲1溫度升 高，其溫度高于環(huán)境溫度，在忽略鉑絲1對隔熱支柱的導熱損失時，其熱平衡方程：
[0027]式中：I為鉑絲1的加熱電流；
[0028] R為鉑絲1的阻值；
[0029] h為鉑絲1的表面換熱系數(shù)；
[0030] A為鉑絲1的有效換熱表面積；
[0031] To為鉑絲1的溫度；
[0032] Tf為流體溫度；
[0033] M為鉑絲1的質(zhì)量；
[0034] C為比熱容；
[0035] t為時間。
[0036] 對于風速傳感器達到穩(wěn)態(tài)而言，dT/dt = 0，因此式（1)為：
[0037] I2R-IiA(Tq-Tf)=O (2)
[0038] 根據(jù)帕金根的試驗結果，傳熱系數(shù)h與流速的關系：
[0040] 式中KhK2為常數(shù)，V為流體速度。
[0041] 將(3)式代入(2)式可得：
[0043] 式中P為熱耗散功率。I為鉑絲(1)中的電流，
[0044] 鉑絲1的阻值與溫度的對應關系在0°C~630°C范圍內(nèi)為：
[0047]式中T為鉑絲1的溫度，Ro為鉑絲1在0°C時的阻值，α為鉑絲1的溫度系數(shù)。
[0048]鉑網(wǎng)式多功能傳感器的二次儀表有兩種原理:恒功率原理和恒溫原理。
[0049]恒功率原理的二次儀表采用恒流源給鉑絲1加熱，鉑絲1的溫度遠高于流體溫度 (大于流體溫度200°C~300°C)，即可以忽略Tf對測量結果的影響，根據(jù)式(4)、（5)可得：
[0052]通過二次儀表，使其輸出和鉑絲1的阻值(溫度)呈一定的如式(8)的函數(shù)關系，從 而得到流體流速。
[0053]恒溫原理的二次儀表保持AT = T-Tf維持恒定，鉑絲1的溫度遠高于流體溫度，即 可以忽略Tf對測量結果的影響，由式(4)可得：
[0056] 式中Po為V=0時的功率損耗，K為校準常數(shù)K = AK2 ( To-Tf )。
[0057] 通過二次儀表，使其輸出和熱耗散功率成一定函數(shù)關系，從而得到流體流速。
[0058] 風速是指空氣相對于地球某一固定地點的運動速率，本實用新型也可以測量其他 氣體流速。
[0059] 鉑絲1的直徑為0.02~0.05mm，優(yōu)選0.03mm，鉑絲1的阻值為46 Ω~200 Ω，優(yōu)選100 Ω~200 Ω ;鉑絲1在繞制前需經(jīng)過嚴格的酸洗、清洗和退火工序，以去除鉑絲1表面的雜質(zhì) 及固有應力。
[0060] 隔熱支柱2為熱導率低的非金屬材料，可以為聚酰氧胺材料或可加工陶瓷材料，如 圖3所示，隔熱支柱2的上半部分加工成四個分支柱，分支柱均為鏤空狀，且外表面為螺紋， 螺紋螺距1mm，螺紋有效長度8mm，通過此種結構，能增大鉑絲1的換熱面積，減少鉑絲1對支 柱的傳熱，同時對鉑絲1具有良好的支撐作用。如圖2所示，隔熱支柱頂端有Φ0.2的小孔，用 以穿過鉑絲1。
[0061] 接線柱5材料為銅，表面鍍銀處理，具有良好的導電性和耐腐蝕性。
[0062] 鉑絲1包括第一鉑絲11、第二鉑絲12和第三鉑絲13。如圖1所示，本實用新型的裝配 方法:先將接線柱5與隔熱支柱2固定，將第一鉑絲11和第二鉑絲12分別焊接至兩根接線柱5 處，采用雙繞法由下至上纏繞至隔熱支柱2上，第一鉑絲11和第二鉑絲12的頂端與第三鉑絲 13熔焊于公共端Sl點處，第三鉑絲12在S2點處穿過隔熱支柱2頂端的小孔，并固定在小孔 處，可以通過纏繞在小孔中實現(xiàn)固定，鉑絲1在隔熱支柱2上呈網(wǎng)狀，接線柱5的另一端與導 線6焊接，然后安裝保護罩3和金屬管4,最后將導線6焊接處灌耐高溫膠7固定。通過導線6測 量鉑絲1的電阻，并向鉑絲1中通電流。
[0063]本實用新型也可以作為溫度傳感器，對溫度的測量采用熱電阻原理，根據(jù)JB/ T8622-1997中鉑熱電阻的電阻一溫度關系，可以得到被測流體或環(huán)境的溫度。鉑絲1用于測 量其自身溫度，根據(jù)測得鉑絲1的電阻，依據(jù)式(6)，得到其溫度。當利用恒溫原理測量風速 時，當鉑絲1自身溫度高于設定溫度時，減小鉑絲1中的電流，當鉑絲1自身溫度低于設定溫 度時，增大鉑絲1中的電流。
[0064] 如圖4所示，本實用新型的雙繞法和阻值調(diào)整方法如下：隔熱支柱2上為雙線螺紋， 將第一鉑絲11和第二鉑絲12分別焊接至兩根接線柱5處，第一鉑絲11繞隔熱支柱2的奇數(shù)或 偶數(shù)凹槽，第二鉑絲12繞隔熱支柱2的偶數(shù)或奇數(shù)凹槽，第一鉑絲11和第二鉑絲12由下至上 纏繞至隔熱支柱2上，先將第一鉑絲11和第二鉑絲12熔焊在Sl處，測量兩根接線柱5之間的 阻值，調(diào)整熔焊點Sl的位置，當兩根接線柱5之間的阻值滿足設計要求時，將第一鉑絲11和 第二鉑絲12的頂端與第三鉑絲13再次熔焊于Sl處，第三鉑絲13繼續(xù)繞至隔熱支柱2頂端的 小孔處S2點固定。綜上，Sl的位置可變，導致鉑絲1的阻值(第一鉑絲11和第二鉑絲12串聯(lián)的 阻值)可調(diào)，可以將鉑絲1的阻值調(diào)整至常用的鉑電阻值，如46Ω、1〇〇Ω、200Ω，另傳感器的 使用更加方便。
[0065] 鉑絲1也可以為一根，一端連接于一根接線柱5上，先由下至上，沿繞隔熱支柱2的 一道螺紋纏繞，再繞過小孔，然后沿隔熱支柱2的另一道螺紋纏繞，最后將鉑絲1的另一端連 接于另一根接線柱5上。
[0066] 本實用新型未詳細說明部分屬于本領域技術人員公知技術。
【主權項】
1. 一種鉑網(wǎng)式多功能傳感器，其特征在于，包括鉑絲（1)、隔熱支柱(2)、接線柱(5)和導 線(6);隔熱支柱(2)的外側面為雙線螺紋;鉑絲（1)包括第一鉑絲（11)、第二鉑絲（12)和第 三鉑絲（13);第一鉑絲（11)、第二鉑絲（12)和第三鉑絲（13)有公共端S1，第一鉑絲（11)和第 二鉑絲（12)的非公共端分別與兩根接線柱(5)相連，接線柱(5)還與導線(6)相連;第一鉑絲 (11)和第二鉑絲（12)分別沿兩道螺紋凹槽纏繞;第三鉑絲（13)的非公共端固定在隔熱支柱 (2)上;導線(6)與外界連接。2. 如權利要求1所述的鉑網(wǎng)式多功能傳感器，其特征在于，所述隔熱支柱(2)繞有鉑絲 (1)的部分，中間有通孔，側面設有與通孔相通的凹槽，形成兩個或以上沿圓周分布、外側面 為弧形的分支柱。3. 如權利要求1或2所述的鉑網(wǎng)式多功能傳感器，其特征在于，所述鉑絲（1)的直徑為 0.02mm~0.05mm，阻值為46 Ω ~200 Ω。4. 如權利要求1或2所述的鉑網(wǎng)式多功能傳感器，其特征在于，所述接線柱（5)和導線 (6)的連接處通過耐高溫膠(7)固定。5. 如權利要求1或2所述的鉑網(wǎng)式多功能傳感器，其特征在于，所述隔熱支柱(2)的遠離 接線柱(5)的端面有小孔，第三鉑絲(13)的非公共端穿過小孔，并固定在小孔處。
【專利摘要】一種鉑網(wǎng)式多功能傳感器，包括鉑絲(1)、隔熱支柱(2)、接線柱(5)和導線(6)；隔熱支柱(2)的外側面為雙線螺紋；鉑絲(1)包括第一鉑絲(11)、第二鉑絲(12)和第三鉑絲(13)；第一鉑絲(11)、第二鉑絲(12)和第三鉑絲(13)有公共端S1，第一鉑絲(11)和第二鉑絲(12)的非公共端分別與兩根接線柱(5)相連，接線柱(5)還與導線(6)相連；第一鉑絲(11)和第二鉑絲(12)分別沿兩道螺紋凹槽纏繞；第三鉑絲(13)的非公共端固定在隔熱支柱(2)上；導線(6)與外界連接。本實用新型能夠測量風速或溫度，精度高，壽命長，可靠性高。
【IPC分類】G01P5/12, G01K7/18
【公開號】CN205280751
【申請?zhí)枴緾N201521029036
【發(fā)明人】楊顯濤, 馬永成, 彭泳卿
【申請人】北京遙測技術研究所, 航天長征火箭技術有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月10日