流量传感器原理介绍

1. 流量定义

流量传感器的研究过程中会涉及到体积流量和质量流量这两个概念。

某截面积流量的定义为流量在单位时间内流经该流道截面积的体积或者质量，其中体积流量 $q_v$ 的定义公式为：
$$q_v=dV/dt=Sv$$
其中 $V$ 代表流体的体积， $t$ 代表时间， $S$ 代表流道截面积， $v$ 代表流体的平均流速。

质量流量 $q$ 的定义公式为:
$$q=dm/dt=Sv\rho$$
其中 $m$ 代表流体的质量， $\rho$ 代表流体的密度。

气体体积流量传感器简单来说是测量单位时间内通过有效横截面积的体积流量，由于外界环境的变化对气体体积的大小总是有影响,气体体积存在大小不稳定的问题，在实际的测量过程中需要考虑多种物理量的变化情况。气体质量流量传感器是测量单位时间内通过有效横截面积的质量流量，按照测量方法的不同分为间接测量和直接测量。

2. 体积流量传感器分类

体积流量传感器等待调研，但预计不太稳定。

3. 质量流量传感器分类

根据关键元件的工作方式的不同，气体质量流量传感器大致可以分为科里奥利式流量传感器，基于热学原理的质量流量传感器和差压式质量流量传感器等。

3.1 科里奥利式传感器

科里奥利式质量流量传感器是对科里奥利力的具体运用，当有气体流经一个旋转的管道时会在管道内形成和质量流量相关的科里奥利力，通过测量旋转管道中气流产生的科氏力就可以直接获得气体的质量流量。科氏传感器由于本身工作原理的特殊性具有测量准确性高，复现性高，测量量程大，同时也可以测量各种性质的液体流量等优点，被广泛应用于石油、化工、制药等工业领域，但是科氏传感器存在重量和体积较大、对外界的震动干扰较为敏感等缺点，应用领域有一定的限制。

3.2 热式传感器

热式传感器的工作原理是通过外加热源将传感器的感温电阻加热使其温度高于环境温度，当有气流通过时，气流的运动会带走感温电阻上的热量，使得感温电阻的温度降低，通过测量感温电阻温度的变化来推算出所求的气体质量流量，即通过传感器将气流的变化转换为温度的变化。

3.3 压差式传感器

压差式流量传感器一般是由一对安置于一个缩小口径两侧的节流件组成的传感器，通过测量两侧的压力差来获得被测流量的体积流量，再通过体积流量和质量流量之间的转化关系最终获得流量的质量流量。压差式流量传感器是质量守恒定律和能量守恒定律的具体应用。从传统的孔板式流量计到现在的塔型流量计，压差式流量计已经有上百年的发展历史，也被广泛应用于工业、能源、交通、环境等各个领域。

4. 参考文献

[1]肖世瑾. MEMS热式质量流量传感器研制[D].山东大学,2021.DOI:10.27272/d.cnki.gshdu.2021.004000.