一种铂网式多功能传感器的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型涉及一种传感器。
【背景技术】
[0002] 目前使用的风速测量传感器，主要由三种形式，一种是带旋转部件的风杯风速传 感器、螺旋浆风速传感器，另一种是热线式风速传感器，还有一种为热膜式风速传感器。
[0003] 风杯风速传感器和螺旋浆风速传感器因旋转质量有限，传感器器惯性较大，转动 部分破坏流场，不能测量较低的风速，误差较大，使用寿命有限。
[0004] 热线式风速传感器通过散热速度与风速的关系测量风速，热线式风速传感器存采 用一根长约为3_的金属线连接在两根接线柱上，通过测量金属线的散热功率测量风速。因 为金属线较短，因此输出信号较弱，后端信号处理电路复杂，且热量易传递到接线柱上，导 致风速测量结果不准确。此外，热线式风速传感器无法完成温度测量。
[0005] 热膜式风速传感器通过测量一层金属膜的散热量计算出风速，其热量易传递到基 片上，导致风速测量结果不准确。此外，热膜式风速传感器属于MEMS加工工艺范畴，工艺难 度大，需要昂贵的设备来制作，因此制作成本高。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型要解决的技术问题是:克服现有技术不足，提供一种可以用于风速或 温度测量，精度高、寿命长、工艺简单的多功能传感器。
[0007] 本实用新型所采用的技术方案是：
[0008] -种铂网式多功能传感器，包括铂丝实用新型、隔热支柱实用新型、接线柱实用新 型和导线实用新型；隔热支柱实用新型的外侧面为双线螺纹;铂丝实用新型包括第一铂丝 实用新型、第二铂丝实用新型和第三铂丝实用新型;第一铂丝实用新型、第二铂丝实用新型 和第三铂丝实用新型有公共端S1，第一铂丝实用新型和第二铂丝实用新型的非公共端分别 与两根接线柱实用新型相连，接线柱实用新型还与导线实用新型相连;第一铂丝实用新型 和第二铂丝实用新型分别沿两道螺纹凹槽缠绕;第三铂丝实用新型的非公共端固定在隔热 支柱实用新型上;导线实用新型与外界连接。
[0009] 所述隔热支柱实用新型绕有铂丝实用新型的部分，中间有通孔，侧面设有与通孔 相通的凹槽，形成两个或以上沿圆周分布、外侧面为弧形的分支柱。
[0010] 所述铂丝实用新型的直径为〇.〇2mm~0.05mm，阻值为46 Ω~200 Ω。
[0011] 所述接线柱和导线的连接处通过耐高温胶固定。
[0012] 所述隔热支柱的远离接线柱的端面有小孔，第三铂丝的非公共端穿过小孔，并固 定在小孔处。
[0013] 本实用新型与现有技术相比的优点在于：
[0014] 1)本实用新型缠绕式结构的铂丝的长度比热线式风速传感器的金属丝长度大2至 3个数量级，阻值达到数百欧姆，因此输出信号大，后端信号处理电路简单，并且结构不易损 坏，结构可靠。
[0015] 2)本实用新型具有无机械运动机构，对流场的破坏小、测量惯性小、能测量低风 速、精度高、长寿命等优点。
[0016] 3)铂丝由第一铂丝、第二铂丝和第三铂丝组成，通过调整Sl的位置，改变铂丝的阻 值，可以将铂丝的阻值调整至常用的铂电阻值，如46Ω、1〇〇Ω、200Ω，令传感器的使用更加 方便。
[0017] 4)本实用新型属于一般传感器装配，采用简单的绕线设备，可手工制作，制作工艺 简单，不需要昂贵设备的加工设备。
[0018] 5)本实用新型采用热耗散测量原理，铂丝同时具备测量风速或温度的功能。
[0019] 6)本实用新型还可以作为温度传感器，由于采用的铂丝的直径为0.02mm~ 0.05mm，且与被测介质直接接触，其响应速度可达0.01秒，显著优于一般温度传感器的响应 速度。
【附图说明】
[0020] 图1为本实用新型传感器结构正面剖视图；
[0021 ]图2为本实用新型传感器A-A面剖视图；
[0022] 图3为本实用新型传感器B-B面剖视图；
[0023] 图4为本实用新型的铂丝展开示意图。
【具体实施方式】
[0024] 如图1所示，一种铂网式多功能传感器包括铂丝1、隔热支柱2、保护罩3、金属管4、 接线柱5、导线6和耐高温胶7。
[0025] 本实用新型对风速测量采用热耗散测量原理，对铂丝1通以电流时，铂丝1温度升 高，其温度高于环境温度，在忽略铂丝1对隔热支柱的导热损失时，其热平衡方程：
[0027]式中：I为铂丝1的加热电流；
[0028] R为铂丝1的阻值；
[0029] h为铂丝1的表面换热系数；
[0030] A为铂丝1的有效换热表面积；
[0031] To为铂丝1的温度；
[0032] Tf为流体温度；
[0033] M为铂丝1的质量；
[0034] C为比热容；
[0035] t为时间。
[0036] 对于风速传感器达到稳态而言，dT/dt = 0，因此式（1)为：
[0037] I2R-IiA(Tq-Tf)=O (2)
[0038] 根据帕金根的试验结果，传热系数h与流速的关系：
[0040] 式中KhK2为常数，V为流体速度。
[0041] 将(3)式代入(2)式可得：
[0043] 式中P为热耗散功率。I为铂丝(1)中的电流，
[0044] 铂丝1的阻值与温度的对应关系在0°C~630°C范围内为：
[0047]式中T为铂丝1的温度，Ro为铂丝1在0°C时的阻值，α为铂丝1的温度系数。
[0048]铂网式多功能传感器的二次仪表有两种原理:恒功率原理和恒温原理。
[0049]恒功率原理的二次仪表采用恒流源给铂丝1加热，铂丝1的温度远高于流体温度 (大于流体温度200°C~300°C)，即可以忽略Tf对测量结果的影响，根据式(4)、（5)可得：
[0052]通过二次仪表，使其输出和铂丝1的阻值(温度)呈一定的如式(8)的函数关系，从 而得到流体流速。
[0053]恒温原理的二次仪表保持AT = T-Tf维持恒定，铂丝1的温度远高于流体温度，即 可以忽略Tf对测量结果的影响，由式(4)可得：
[0056] 式中Po为V=0时的功率损耗，K为校准常数K = AK2 ( To-Tf )。
[0057] 通过二次仪表，使其输出和热耗散功率成一定函数关系，从而得到流体流速。
[0058] 风速是指空气相对于地球某一固定地点的运动速率，本实用新型也可以测量其他 气体流速。
[0059] 铂丝1的直径为0.02~0.05mm，优选0.03mm，铂丝1的阻值为46 Ω~200 Ω，优选100 Ω~200 Ω ;铂丝1在绕制前需经过严格的酸洗、清洗和退火工序，以去除铂丝1表面的杂质 及固有应力。
[0060] 隔热支柱2为热导率低的非金属材料，可以为聚酰氧胺材料或可加工陶瓷材料，如 图3所示，隔热支柱2的上半部分加工成四个分支柱，分支柱均为镂空状，且外表面为螺纹， 螺纹螺距1mm，螺纹有效长度8mm，通过此种结构，能增大铂丝1的换热面积，减少铂丝1对支 柱的传热，同时对铂丝1具有良好的支撑作用。如图2所示，隔热支柱顶端有Φ0.2的小孔，用 以穿过铂丝1。
[0061] 接线柱5材料为铜，表面镀银处理，具有良好的导电性和耐腐蚀性。
[0062] 铂丝1包括第一铂丝11、第二铂丝12和第三铂丝13。如图1所示，本实用新型的装配 方法:先将接线柱5与隔热支柱2固定，将第一铂丝11和第二铂丝12分别焊接至两根接线柱5 处，采用双绕法由下至上缠绕至隔热支柱2上，第一铂丝11和第二铂丝12的顶端与第三铂丝 13熔焊于公共端Sl点处，第三铂丝12在S2点处穿过隔热支柱2顶端的小孔，并固定在小孔 处，可以通过缠绕在小孔中实现固定，铂丝1在隔热支柱2上呈网状，接线柱5的另一端与导 线6焊接，然后安装保护罩3和金属管4,最后将导线6焊接处灌耐高温胶7固定。通过导线6测 量铂丝1的电阻，并向铂丝1中通电流。
[0063]本实用新型也可以作为温度传感器，对温度的测量采用热电阻原理，根据JB/ T8622-1997中铂热电阻的电阻一温度关系，可以得到被测流体或环境的温度。铂丝1用于测 量其自身温度，根据测得铂丝1的电阻，依据式(6)，得到其温度。当利用恒温原理测量风速 时，当铂丝1自身温度高于设定温度时，减小铂丝1中的电流，当铂丝1自身温度低于设定温 度时，增大铂丝1中的电流。
[0064] 如图4所示，本实用新型的双绕法和阻值调整方法如下：隔热支柱2上为双线螺纹， 将第一铂丝11和第二铂丝12分别焊接至两根接线柱5处，第一铂丝11绕隔热支柱2的奇数或 偶数凹槽，第二铂丝12绕隔热支柱2的偶数或奇数凹槽，第一铂丝11和第二铂丝12由下至上 缠绕至隔热支柱2上，先将第一铂丝11和第二铂丝12熔焊在Sl处，测量两根接线柱5之间的 阻值，调整熔焊点Sl的位置，当两根接线柱5之间的阻值满足设计要求时，将第一铂丝11和 第二铂丝12的顶端与第三铂丝13再次熔焊于Sl处，第三铂丝13继续绕至隔热支柱2顶端的 小孔处S2点固定。综上，Sl的位置可变，导致铂丝1的阻值(第一铂丝11和第二铂丝12串联的 阻值)可调，可以将铂丝1的阻值调整至常用的铂电阻值，如46Ω、1〇〇Ω、200Ω，另传感器的 使用更加方便。
[0065] 铂丝1也可以为一根，一端连接于一根接线柱5上，先由下至上，沿绕隔热支柱2的 一道螺纹缠绕，再绕过小孔，然后沿隔热支柱2的另一道螺纹缠绕，最后将铂丝1的另一端连 接于另一根接线柱5上。
[0066] 本实用新型未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。
【主权项】
1. 一种铂网式多功能传感器，其特征在于，包括铂丝（1)、隔热支柱(2)、接线柱(5)和导 线(6);隔热支柱(2)的外侧面为双线螺纹;铂丝（1)包括第一铂丝（11)、第二铂丝（12)和第 三铂丝（13);第一铂丝（11)、第二铂丝（12)和第三铂丝（13)有公共端S1，第一铂丝（11)和第 二铂丝（12)的非公共端分别与两根接线柱(5)相连，接线柱(5)还与导线(6)相连;第一铂丝 (11)和第二铂丝（12)分别沿两道螺纹凹槽缠绕;第三铂丝（13)的非公共端固定在隔热支柱 (2)上;导线(6)与外界连接。2. 如权利要求1所述的铂网式多功能传感器，其特征在于，所述隔热支柱(2)绕有铂丝 (1)的部分，中间有通孔，侧面设有与通孔相通的凹槽，形成两个或以上沿圆周分布、外侧面 为弧形的分支柱。3. 如权利要求1或2所述的铂网式多功能传感器，其特征在于，所述铂丝（1)的直径为 0.02mm~0.05mm，阻值为46 Ω ~200 Ω。4. 如权利要求1或2所述的铂网式多功能传感器，其特征在于，所述接线柱（5)和导线 (6)的连接处通过耐高温胶(7)固定。5. 如权利要求1或2所述的铂网式多功能传感器，其特征在于，所述隔热支柱(2)的远离 接线柱(5)的端面有小孔，第三铂丝(13)的非公共端穿过小孔，并固定在小孔处。
【专利摘要】一种铂网式多功能传感器，包括铂丝(1)、隔热支柱(2)、接线柱(5)和导线(6)；隔热支柱(2)的外侧面为双线螺纹；铂丝(1)包括第一铂丝(11)、第二铂丝(12)和第三铂丝(13)；第一铂丝(11)、第二铂丝(12)和第三铂丝(13)有公共端S1，第一铂丝(11)和第二铂丝(12)的非公共端分别与两根接线柱(5)相连，接线柱(5)还与导线(6)相连；第一铂丝(11)和第二铂丝(12)分别沿两道螺纹凹槽缠绕；第三铂丝(13)的非公共端固定在隔热支柱(2)上；导线(6)与外界连接。本实用新型能够测量风速或温度，精度高，寿命长，可靠性高。
【IPC分类】G01P5/12, G01K7/18
【公开号】CN205280751
【申请号】CN201521029036
【发明人】杨显涛, 马永成, 彭泳卿
【申请人】北京遥测技术研究所, 航天长征火箭技术有限公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月10日