热式质量流量计的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种热式质量流量计。
【背景技术】
[0002] 质量流量计是工业测量中重要的仪表之一。随着工业生产的发展，对流量计的准 确度和范围要求越来越高，测量技术日新月异。质量流量计的的工作原理可分为横温差法 和恒功率法。这两种方法的测量均是基于流体的流速对感应元件的温度产生影响，从而改 变感应元件的电阻，通过测量电阻的变化即可以测出流体的流速大小。感应元件的温度 与感应元件的电阻之间的存在一定的关系函数。根据电阻定律，感应元件的电阻公式为 R=P L/S，其中，P为感应的电阻率，L为感应元件的长度，S为感应元件的横截面积。感应 的电阻率P与其温度有关，可见在感应元件的长度一定的情况下，横截面积越小，感应元 件的温度对感应元件的电阻影响越大。因此，感应元件应该越细越好。
[0003] 目前，基于上述两种原理的热式质量流量计中，感应元件一般采用金属丝。然而， 当由金属或合金作成的超细导线的直径达到微米级甚至更小时，金属丝易断，而且受目前 工艺水平的限制，很难制得超细的一维金属丝。因此，目前的热式质量流量计不够灵敏，而 且感应元件的寿命较短。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，确有必要提供一种灵敏度较高，且感应元件导电性能好寿命长的热式 质量流量计。
[0005] -种热式质量流量计，包括一探测器、一信号接收器及一信号处理器，所述探测 器、信号接收器与信号处理器之间相互电连接，所述信号接收器用于接收探测器的信号并 将信号放大；所述信号处理器用于将信号接收器产生的信号进行计算和处理；所述探测器 包括间隔设置的第一感应元件和第二感应元件感应元件，第一感应元件和第二感应元件分 别为一碳纳米管复合导线。所述碳纳米管复合导线包括：一碳纳米管单纱，该碳纳米管单纱 由多个碳纳米管沿该碳纳米管单纱轴向旋转加捻构成，该碳纳米管单纱的捻度为10转/厘 米到300转/厘米，该碳纳米管单纱的直径为50纳米到30微米；以及一金属层，包覆于所 述碳纳米管单纱的外表面，该金属层厚度为50纳米到5微米。
[0006] 与现有技术相比较，由本发明提供的热式质量流量计采用碳纳米管复合导线作为 感应元件，通过优化所述碳纳米管单纱的直径和捻度，从而可以使碳纳米管复合导线的直 径较小的情况下，显著提高所述碳纳米管复合导线的机械性能，使碳纳米管复合导线在直 径较小的情况下仍具有较高强度，因此，采用碳纳米管导线的感应元件与金属丝相比在相 同的强度下具有更小的直径，热式质量流量计的灵敏度较高且使用寿命较长。
【附图说明】
[0007] 图1为本发明实施例提供的热式质量流量计的结构示意图。
[0008] 图2为本发明实施例提供的探测器的结构示意图。
[0009] 图3为本发明实施例提供的另一种探测器的结构示意图。
[0010] 图4为本发明实施例提供的碳纳米管复合导线的扫描电镜照片。
[0011] 图5为本发明实施例提供的碳纳米管复合导线中的碳纳米管单纱的拉伸应力曲 线。
[0012] 主要元件符号说明
如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
[0013] 请参照图1，本发明实施例提供一种热式质量流量计100,其包括一探测器200,一 信号接收器300, 一信号处理器400及一显示装置500。所述探测器200、信号接收器300、 信号处理器400与显示装置500之间相互电连接。所述探测器200用于探测流场的信号。 所述信号接收器300与探测器200电连接形成一电路，通过该电路接收探测器200的信号， 并传递给信号处理器400。信号处理器400将信号计算之后可以得到流场的具体流速，并通 过显示装置500显示出来。
[0014] 请参见图2,所述探测器200包括一第一感应元件102a、一第二感应元件102b及 一支撑结构104,第一感应元件102a和第二感应元件102b相互平行且间隔设置且被支撑结 构104所支撑，其材料及尺寸相同。第一感应元件102a和第二感应元件102b的两端分别 固定于所述支撑结构104,并通过支撑结构104悬空设置。所述第一感应元件102a和第二 感应元件102b连接于信号接收器300的电路中。
[0015] 请参见图2,所述支撑结构104包括一支撑座106及四个导电支撑杆105。所述四 个导电支撑杆105固定于支撑座106。每个所述导电支撑杆105固定于支撑座106上，并 包括一第一端（图未标）及一第二端1054 (图未标)。所述四个导电支撑杆105的第二端固 定于支撑座106上，第一端从支撑座106上延伸出来。四个导电支撑杆105的第一端相互 间隔设置。所述第一感应元件l〇2a的两端分别固定于两个导电支撑杆105的第一端，即被 两个导电支撑杆105所夹持。所述第二感应元件102b的两端分别固定于另外两个导电支 撑杆105的第一端，即被另外两个导电支撑杆105所夹持。所述探测器200进一步包括连 接导线（图未示)，连接导线分别与四个导电支撑杆105电连接，并将该四个导电支撑杆105 连接于信号接收器300中的电路中。连接导线位于所述支撑座106的内部，即从支撑座106 内部走线。所述导电支撑杆105的作用为支撑第一感应元件102a和第二感应元件102b，并 在第一感应元件l〇2a和第二感应元件102b上施加电流。导电支撑杆105的材料应具有良 好的导电性和尽可能小的传热系数，还应该具有一定的强度和刚度。本实施例中，选择镀金 的不锈钢丝作为导电支撑杆105。导电支撑杆105的直径为10微米~5毫米。所述四个导 电支撑杆105基本平行且高度相同。所述支撑座106的作用为支撑导电支撑杆105。支撑 座106的材料为绝缘材料。本实施例中，支撑座106为陶瓷，导电支撑杆105通过陶瓷烧结 的方式固定于所述支撑座106。
[0016] 可选择地，所述探测器200进一步包括一保护罩202,用于保护第一、第二感应元 件102a、102b。当热式质量流量计100不工作时，保护罩202罩在第一、第二感应元件102a、 102b上。所述保护罩202通过卡扣的方式固定于支撑座106,便于随时从支撑座106上取 下。
[0017] 请参见图3,所述支撑结构104也可以为一框体。所述支撑结构104包括四个侧 板，该四个侧板围成一个框体。第一感应元件l〇2a和第二感应元件102b的两端分别固定 于该框体的相对的两个侧板上。第一感应元件l〇2a和第二感应元件102b的两端通过连接 导线（图未示）与外部电路连接，导线埋设于支撑结构104的内部，即，从支撑结构104内部 走线。当然，支撑结构104的具体结构并不限于上述两种情况，只要满足第一感应元件102a 和第二感应元件102b可以通过支撑结构104悬空设置，以使第一感应元件102a和第二感 应元件102b可以和外部电路连接即可。
[0018] 请参照图4,所述第一、第二感应元件102a、102b为一碳纳米管复合导线，其直径 为150纳米至40微米。优选地，所述碳纳米管复合导线的直径小于等于10微米。所述碳 纳米管复合导线包括一碳纳米管单纱110以及一包覆于所述碳纳米管单纱110外表面的金 属层112。所述碳纳米管单纱110由多个碳纳米管沿该碳纳米管单纱110的轴向旋转加捻 构成。所述碳纳米管单纱110可以通过从一碳纳米管阵列中拉取获得一碳纳米管线，并将 所述碳纳米管线的两端相对回转形成。所述碳纳米管线的两端可以沿顺时针方向回转，从 而形成S捻；所述碳纳米管线的两端可以沿逆时针方向回转，从而形成Z捻。由于从碳纳米 管阵列中直接拉取获得的碳纳米管线中的碳纳米管基本沿所述碳纳米管线的轴向延伸，且 在所述碳纳米管线的轴向方向通过范德华力首尾相连。故，在将所述碳纳米管线的两端相 对回转的过程中，该碳纳米管线中的碳纳米管会沿碳纳米管线的轴向方向螺旋状排列，且 在延伸方向通过范德华力首尾相连，进而形成所述碳纳米管单纱110。另外，在将所述碳纳 米管线的两端相对回转的过程中，所述碳纳米管线中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的间 距会变小，接触面积增大，从而使所述碳纳米管单纱110中沿径向方向相邻的碳纳米管之 间的范德华力显著增加，并紧密相连。所述碳纳米管单纱110中沿径向方向相邻的碳纳米 管之间的间距小于等于10纳米。优选地，所述碳纳米管单纱110中沿径向方向相邻的碳纳 米管之间的间距小于等于5纳米。更优选地，所述碳纳米管单纱110中沿径向方向相邻的 碳纳米管之间的间距小于等于1纳米。由于所述碳纳米管单纱Iio中沿径向方向相邻的碳 纳米管之间的间距较小且通过范德华力紧密相连，故，所述碳纳米管单纱110具有光滑且 致密的表面结构。
[0019] 所述碳纳米管单纱110的直径为50纳米到30微米。所述碳纳米管单