幫你檢測(cè)空調(diào)的風(fēng)速傳感器設(shè)計(jì)
1 數(shù)學(xué)模型的建立
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201702/338214.htm1.1 Ptl00的溫度特性
鉑熱電阻是國(guó)際公認(rèn)的成熟產(chǎn)品,它因性能穩(wěn)定、抗震性好、精度高而被廣泛使用。下面是Ptl00電阻隨溫度變化的關(guān)系:
式中Rt為溫度在t℃時(shí)鉑熱電阻的電阻值;R0為0℃時(shí)鉑熱電阻的電阻值;A=3.968×10-3;B=-5.847×10-7;C=-4.22×10-12。在0~100℃范圍內(nèi),B值作用不明顯,Rt與R0近似成線性關(guān)系,即Rt=R0×(1+At)。
1.2 Ptl00的熱平衡方程
當(dāng)一個(gè)被加熱的物體置于流體中,該物體的熱量損失主要是熱輻射和熱對(duì)流。在溫度較低,輻射散熱可以忽略不計(jì)的情況下,物體的熱量傳遞主要是熱對(duì)流。當(dāng)流體的速度增加時(shí),物體的熱量損失亦增加。如果以電的方式給鉑熱電阻加熱,那么鉑熱電阻將達(dá)到一個(gè)由流體流速所確定的平衡溫度。
我們采用鉑熱電阻作為加熱對(duì)象。由于溫度的變化引起鉑熱電阻本身阻值的變化,從而可以通過(guò)橋式電路建立流體速度和橋式電路輸出電壓的數(shù)學(xué)模型。利用此原理來(lái)進(jìn)行風(fēng)速的測(cè)量。
對(duì)流換熱是指流動(dòng)的流體流過(guò)靜止的固體界面時(shí),由于兩者的溫差而發(fā)生的熱傳遞過(guò)程。當(dāng)空氣流過(guò)鉑熱電阻時(shí),其單位時(shí)間內(nèi)傳熱量為:
其中h為對(duì)流換熱系數(shù);A為對(duì)流面積:△t為流體和界面溫度差。
根據(jù)傳熱學(xué)有努塞爾特征數(shù)和流體沿界面流動(dòng)全部為層流的公式可知:
其中uf為流體的速度;L為界面長(zhǎng)度:vm為平均運(yùn)動(dòng)黏度;Prm對(duì)于空氣約等于0.710,λm為平均導(dǎo)熱系數(shù)。令
則 電流給熱阻加熱時(shí),其功率為。當(dāng)熱阻單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)熱W和φ相等時(shí),即熱阻達(dá)到熱平衡狀態(tài)。
由上述得出下面結(jié)論:當(dāng)熱阻溫度和環(huán)境溫度一定時(shí),電流和風(fēng)速的1/4次方成正比。
2 電路工作原理
如圖所示電路,兩條支路a和b兩端電壓相等,根據(jù)熱功率公式可知,其產(chǎn)熱效率約為支路a的1/10。因此,在考慮由于熱功時(shí)可以忽略電流對(duì)b支路的影響。
風(fēng)速為0m/s時(shí),設(shè)計(jì)R2和Ptl000阻值之比小于R1和(Ptl00+R3)之比,放大器輸出低電平,晶體管基極電位降低,晶體管Ql集電極電流增大,由于兩個(gè)半橋的分流比約為10:1,由并聯(lián)電路分流原理知Ptl00電流增大,使得鉑熱電阻阻值增加,c點(diǎn)電壓降低,最終反饋電路調(diào)解使c點(diǎn)電位和d 點(diǎn)接近,達(dá)到平衡狀態(tài),并以c點(diǎn)電壓作為表征風(fēng)速的輸出值。當(dāng)風(fēng)速增大時(shí),對(duì)流散熱增加,Ptl00溫度降低,其阻值減小,使得c點(diǎn)電壓高于d點(diǎn)電壓,放大器輸出電壓降低,導(dǎo)致晶體管Q1基極電流增加,集電極電流升高使得Ptl00阻值增加,最終達(dá)到一新的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。由上述分析可知,風(fēng)速增大,受控電流增大,端子c輸出電壓增大。由于采用了差動(dòng)式測(cè)量,且兩個(gè)測(cè)量半橋配置的傳感元件同為鉑電阻,氣體溫度對(duì)電路測(cè)量值的影響可以忽略不計(jì),在不附加其他溫度補(bǔ)償電路的情況下,可以在較寬的溫度范圍下使用,適合于大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量環(huán)境。
評(píng)論