热珠式风速传感器的技术优势

—

传感器技术领域领先者

       风速传感器属于工业自动化领域和传感器大类中一个重要的细分品类，它在高性能实验室设备、制药和半导体净化车间、生物制药设备、环保等很多重要的高科技应用领域中，起着至关重要的作用。盟希公司在经过长时间的技术积累，研发出的新一代热珠式风速传感器，相比现有市场上绝大多数同类产品具有很大的性能优势，技术方案上有显著的创新性和领先性，为众多重要的下游应用领域带来价值提升。

一，概念简述：热式风速传感器工作机理。

       热式风速传感器的结构构成和工作机理为：一个功能单元(或理解为功能元件)被加热并用来测量风速大小，当气流（通常是空气）流过此单元表面时，带走热量并降低元件的温度，此温度变化效果与风速的大小成正相关。设计一个恰当的电路产生电信号变化来反馈此温度变化效果。再通过专业测试设备标定电信号与风速大小的对应关系后,传感器就可以测量风速值。另一个功能单元测量空气气流的温度，用于参与风速测量和温度补偿。

       目前市场上的热式风速传感器，从技术细分类上看，绝大多数是热膜式风速传感器。盟希公司研发的新一代产品则是与之不同的热珠式风速传感器，它比热膜式传感器有着显著的技术领先优势和性能优势。以下分别描述热膜式风速传感器和热珠式风速传感器两种技术方案和它们的对比.

二，热膜式风速传感器的介绍和它存在的缺陷 

       1，决定热式风速传感器性能的最大因素是风速测量探头元件，它是热式测量风速机制的物理基础。

       热膜式风速传感器的测量元件，是厚度为0.15mm，长*宽为7*2mm的小型薄片。在这个薄的长方形陶瓷基板上，沉积了两个功能单元：一个被加热并用来测风速；一个测量空气温度，用来作为加热单元加热控制的温度参照和对风速测量进行温度补偿。（见图1）

      2，热膜风速传感器的缺陷：

     （1）,热干扰给风速测量带来的误差. 由于两个功能单元分布在同一个基板上，且位置接近(见图1.b、c）。加热元件的热量，通过基板的热传导和周边空气热对流，传递到测空气温度单元，造成空气温度测量的很大偏差。更重要的是，这个温度测量偏差，受环境空气温度高低、风速大小、传感器探头摆放方向等条件的影响很大，是一个非常不确定数值。下表是我们试验测量的热膜式风速探头在不同空气温度、不同风速大小条件下，空气温度测量偏差值：

      从上表实测数据可以看出，热膜风速芯片温度测量偏差巨大，并且在不同的环境空气温度、不同的风速时，偏差值也很不一致。 另外，试验显示，在风速探头竖直向上、竖直向下或平放、不规则斜放时，因不同的热传导效果，使得温度测量偏差值发生很大改变。（因为这一因素的改变值复杂且不规则，测试数据没有被收入此文中）。 以上这些偏差的不确定性，造成无法采用后期数字补偿手段来修正空气温度测量误差。 热式风速测量机理中非常重要的一点，是要求被加热并测风速单元的温度与空气温度保持一个恒定温差，这是保证传感器能够精确测量风速的物理基础。热膜风速探头对空气温度测量的巨大误差和不确定性，使得加热单元的温度与空气温度的温差产生很大的波动，由此得出的风速测量数值产生很大波动，且在低精度水平徘徊。我们测量过几家国产热膜风速传感器的精度，他们的误差全部在基础误差+10%读数以上(基础误差是根据不同的测量量程而定)，而行业标准要求小于基础误差+2%或3%读数. 以下是其中一只有代表性的热膜风速传感器实测数值:

    （2）热膜风速传感器在风向偏角时的风速测量误差.

      热膜式风速探头芯片,是厚度为0.15mm的薄膜片,两个功能单元分布在薄片的正面外表层。风平行流过薄片表面，与风以一定的偏角吹向薄片的正面或吹向薄片背面，所带走热量的效果是非常不同的。这就使得，风向有小偏角时，热膜风速传感器产生测风值偏差。而在用户实际使用安装时， 非常小的安装偏角是不可避免的，这带来了实际应用中的测量误差。

    以下是我们实测热膜风速传感器在小角度入风偏角时的输出数据，可以看出，即使有5°这样小的入风偏角，传感器的输出也有较大的偏差：

      三，热珠式风速传感器的介绍和相对优势 

      1，极高的精度：为提高热式风速传感器的综合使用精度，盟希公司开发了创新的热珠式风速传感器。它的加热并测风速元件和测量空气温度元件，是完全独立分离的，并被分别安置在相互远离的不同气流通道空间内，完全隔绝了它们之间的热传递。（图3）

      传感器可以精确的测量空气温度，加热测风速元件并精确控制其温度与空气温度始终保持一个恒定温差。这为精确的测量风速打下一个良好的物理基础。 在此基础之上，测量了大量的不同空气温度下、不同风速下的传感器输出数据，然后进行精密的数字补偿，进一步提高了传感器风速测量精度和稳定度。我们的热珠式风速传感器有着卓越的精度表现，实测精度远远好于基础误差+2%或3%读数的行业标准。以下是我们随机抽取两只热珠式风速传感器（两只产品量程有区别），在权威的国家计量单位做的精度检测报告数据。（完整的检测证书请向我公司索取）

      蓝框内是国家标准技术要求值，红框内是热珠式风速传感器的实测精度值，可以看出精度表现非常的好。我们的热珠式风速传感器实测精度，要远远的好于国内其他绝大多数厂家的热式风速传感器的实测精度,与几个进口品牌中精度最好的产品是相同的, 可以做到真正的国产替代。

      2，极小的偏角误差：我们的热珠式风速探头，测风速元件外形为均匀的圆珠状（图3. d）。从来风平面的360°角度方向看，元件的表面外形都是一致的， 因此360°角度的来风，对元件产生的降温效果是相同的，热珠式风速测量元件无风向角度依赖。因此可以用它制作出360度测风的传感器。（见图4）。 而这是热膜风速芯片完全无法实现的。

      在测固定风向的风，比如管道内风速时，风速探头外围需要有个一外壳对探头元件进行保护，（见图3.f），这种情况下，外壳会对安装方向有依赖，但因为壳体内的气流通道足够大，而热珠式风速元件本身没有气流角度依赖，所以安装时的5°的偏角，不会给热珠式风速传感器带来测量误差。以下是我们实测的热珠式风速传感器，在小角度入风偏角时，产生的传感器输出偏差数据：

      数据看，热珠式风速传感器在小角度入风偏角时几乎没有产生偏差，在此方面相比热膜风速传感器同样具有巨大的优势。

      3，卓越的抗腐蚀、抗凝露能力：热珠式风速测量元件表面为厚度为约0.15mm的玻璃保护层，可以长期抵抗气体腐蚀和水汽凝露。可以被使用在一些苛刻环境的应用中，比如已经被使用在高频次过氧化氢雾化消毒场合，效果非常好，全世界可以满足此严苛环境要求的热式风速传感器厂家仅有包括我们和国外的两家。 传统的热膜式风速探头保护层仅有几十μm非常薄，无法长期使用在腐蚀和凝露环境。