熱式質(zhì)量流量計的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種熱式質(zhì)量流量計。
【背景技術(shù)】
[0002] 質(zhì)量流量計是工業(yè)測量中重要的儀表之一。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對流量計的準(zhǔn) 確度和范圍要求越來越高，測量技術(shù)日新月異。質(zhì)量流量計的的工作原理可分為橫溫差法 和恒功率法。這兩種方法的測量均是基于流體的流速對感應(yīng)元件的溫度產(chǎn)生影響，從而改 變感應(yīng)元件的電阻，通過測量電阻的變化即可以測出流體的流速大小。感應(yīng)元件的溫度 與感應(yīng)元件的電阻之間的存在一定的關(guān)系函數(shù)。根據(jù)電阻定律，感應(yīng)元件的電阻公式為 R=P L/S，其中，P為感應(yīng)的電阻率，L為感應(yīng)元件的長度，S為感應(yīng)元件的橫截面積。感應(yīng) 的電阻率P與其溫度有關(guān)，可見在感應(yīng)元件的長度一定的情況下，橫截面積越小，感應(yīng)元 件的溫度對感應(yīng)元件的電阻影響越大。因此，感應(yīng)元件應(yīng)該越細(xì)越好。
[0003] 目前，基于上述兩種原理的熱式質(zhì)量流量計中，感應(yīng)元件一般采用金屬絲。然而， 當(dāng)由金屬或合金作成的超細(xì)導(dǎo)線的直徑達(dá)到微米級甚至更小時，金屬絲易斷，而且受目前 工藝水平的限制，很難制得超細(xì)的一維金屬絲。因此，目前的熱式質(zhì)量流量計不夠靈敏，而 且感應(yīng)元件的壽命較短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，確有必要提供一種靈敏度較高，且感應(yīng)元件導(dǎo)電性能好壽命長的熱式 質(zhì)量流量計。
[0005] -種熱式質(zhì)量流量計，包括一探測器、一信號接收器及一信號處理器，所述探測 器、信號接收器與信號處理器之間相互電連接，所述信號接收器用于接收探測器的信號并 將信號放大；所述信號處理器用于將信號接收器產(chǎn)生的信號進(jìn)行計算和處理；所述探測器 包括間隔設(shè)置的第一感應(yīng)元件和第二感應(yīng)元件感應(yīng)元件，第一感應(yīng)元件和第二感應(yīng)元件分 別為一碳納米管復(fù)合導(dǎo)線。所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線包括：一碳納米管單紗，該碳納米管單紗 由多個碳納米管沿該碳納米管單紗軸向旋轉(zhuǎn)加捻構(gòu)成，該碳納米管單紗的捻度為10轉(zhuǎn)/厘 米到300轉(zhuǎn)/厘米，該碳納米管單紗的直徑為50納米到30微米；以及一金屬層，包覆于所 述碳納米管單紗的外表面，該金屬層厚度為50納米到5微米。
[0006] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，由本發(fā)明提供的熱式質(zhì)量流量計采用碳納米管復(fù)合導(dǎo)線作為 感應(yīng)元件，通過優(yōu)化所述碳納米管單紗的直徑和捻度，從而可以使碳納米管復(fù)合導(dǎo)線的直 徑較小的情況下，顯著提高所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線的機(jī)械性能，使碳納米管復(fù)合導(dǎo)線在直 徑較小的情況下仍具有較高強(qiáng)度，因此，采用碳納米管導(dǎo)線的感應(yīng)元件與金屬絲相比在相 同的強(qiáng)度下具有更小的直徑，熱式質(zhì)量流量計的靈敏度較高且使用壽命較長。
【附圖說明】
[0007] 圖1為本發(fā)明實施例提供的熱式質(zhì)量流量計的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008] 圖2為本發(fā)明實施例提供的探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009] 圖3為本發(fā)明實施例提供的另一種探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010] 圖4為本發(fā)明實施例提供的碳納米管復(fù)合導(dǎo)線的掃描電鏡照片。
[0011] 圖5為本發(fā)明實施例提供的碳納米管復(fù)合導(dǎo)線中的碳納米管單紗的拉伸應(yīng)力曲 線。
[0012] 主要元件符號說明
如下【具體實施方式】將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
【具體實施方式】
[0013] 請參照圖1，本發(fā)明實施例提供一種熱式質(zhì)量流量計100,其包括一探測器200,一 信號接收器300, 一信號處理器400及一顯示裝置500。所述探測器200、信號接收器300、 信號處理器400與顯示裝置500之間相互電連接。所述探測器200用于探測流場的信號。 所述信號接收器300與探測器200電連接形成一電路，通過該電路接收探測器200的信號， 并傳遞給信號處理器400。信號處理器400將信號計算之后可以得到流場的具體流速，并通 過顯示裝置500顯示出來。
[0014] 請參見圖2,所述探測器200包括一第一感應(yīng)元件102a、一第二感應(yīng)元件102b及 一支撐結(jié)構(gòu)104,第一感應(yīng)元件102a和第二感應(yīng)元件102b相互平行且間隔設(shè)置且被支撐結(jié) 構(gòu)104所支撐，其材料及尺寸相同。第一感應(yīng)元件102a和第二感應(yīng)元件102b的兩端分別 固定于所述支撐結(jié)構(gòu)104,并通過支撐結(jié)構(gòu)104懸空設(shè)置。所述第一感應(yīng)元件102a和第二 感應(yīng)元件102b連接于信號接收器300的電路中。
[0015] 請參見圖2,所述支撐結(jié)構(gòu)104包括一支撐座106及四個導(dǎo)電支撐桿105。所述四 個導(dǎo)電支撐桿105固定于支撐座106。每個所述導(dǎo)電支撐桿105固定于支撐座106上，并 包括一第一端（圖未標(biāo)）及一第二端1054 (圖未標(biāo))。所述四個導(dǎo)電支撐桿105的第二端固 定于支撐座106上，第一端從支撐座106上延伸出來。四個導(dǎo)電支撐桿105的第一端相互 間隔設(shè)置。所述第一感應(yīng)元件l〇2a的兩端分別固定于兩個導(dǎo)電支撐桿105的第一端，即被 兩個導(dǎo)電支撐桿105所夾持。所述第二感應(yīng)元件102b的兩端分別固定于另外兩個導(dǎo)電支 撐桿105的第一端，即被另外兩個導(dǎo)電支撐桿105所夾持。所述探測器200進(jìn)一步包括連 接導(dǎo)線（圖未示)，連接導(dǎo)線分別與四個導(dǎo)電支撐桿105電連接，并將該四個導(dǎo)電支撐桿105 連接于信號接收器300中的電路中。連接導(dǎo)線位于所述支撐座106的內(nèi)部，即從支撐座106 內(nèi)部走線。所述導(dǎo)電支撐桿105的作用為支撐第一感應(yīng)元件102a和第二感應(yīng)元件102b，并 在第一感應(yīng)元件l〇2a和第二感應(yīng)元件102b上施加電流。導(dǎo)電支撐桿105的材料應(yīng)具有良 好的導(dǎo)電性和盡可能小的傳熱系數(shù)，還應(yīng)該具有一定的強(qiáng)度和剛度。本實施例中，選擇鍍金 的不銹鋼絲作為導(dǎo)電支撐桿105。導(dǎo)電支撐桿105的直徑為10微米~5毫米。所述四個導(dǎo) 電支撐桿105基本平行且高度相同。所述支撐座106的作用為支撐導(dǎo)電支撐桿105。支撐 座106的材料為絕緣材料。本實施例中，支撐座106為陶瓷，導(dǎo)電支撐桿105通過陶瓷燒結(jié) 的方式固定于所述支撐座106。
[0016] 可選擇地，所述探測器200進(jìn)一步包括一保護(hù)罩202,用于保護(hù)第一、第二感應(yīng)元 件102a、102b。當(dāng)熱式質(zhì)量流量計100不工作時，保護(hù)罩202罩在第一、第二感應(yīng)元件102a、 102b上。所述保護(hù)罩202通過卡扣的方式固定于支撐座106,便于隨時從支撐座106上取 下。
[0017] 請參見圖3,所述支撐結(jié)構(gòu)104也可以為一框體。所述支撐結(jié)構(gòu)104包括四個側(cè) 板，該四個側(cè)板圍成一個框體。第一感應(yīng)元件l〇2a和第二感應(yīng)元件102b的兩端分別固定 于該框體的相對的兩個側(cè)板上。第一感應(yīng)元件l〇2a和第二感應(yīng)元件102b的兩端通過連接 導(dǎo)線（圖未示）與外部電路連接，導(dǎo)線埋設(shè)于支撐結(jié)構(gòu)104的內(nèi)部，即，從支撐結(jié)構(gòu)104內(nèi)部 走線。當(dāng)然，支撐結(jié)構(gòu)104的具體結(jié)構(gòu)并不限于上述兩種情況，只要滿足第一感應(yīng)元件102a 和第二感應(yīng)元件102b可以通過支撐結(jié)構(gòu)104懸空設(shè)置，以使第一感應(yīng)元件102a和第二感 應(yīng)元件102b可以和外部電路連接即可。
[0018] 請參照圖4,所述第一、第二感應(yīng)元件102a、102b為一碳納米管復(fù)合導(dǎo)線，其直徑 為150納米至40微米。優(yōu)選地，所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線的直徑小于等于10微米。所述碳 納米管復(fù)合導(dǎo)線包括一碳納米管單紗110以及一包覆于所述碳納米管單紗110外表面的金 屬層112。所述碳納米管單紗110由多個碳納米管沿該碳納米管單紗110的軸向旋轉(zhuǎn)加捻 構(gòu)成。所述碳納米管單紗110可以通過從一碳納米管陣列中拉取獲得一碳納米管線，并將 所述碳納米管線的兩端相對回轉(zhuǎn)形成。所述碳納米管線的兩端可以沿順時針方向回轉(zhuǎn)，從 而形成S捻；所述碳納米管線的兩端可以沿逆時針方向回轉(zhuǎn)，從而形成Z捻。由于從碳納米 管陣列中直接拉取獲得的碳納米管線中的碳納米管基本沿所述碳納米管線的軸向延伸，且 在所述碳納米管線的軸向方向通過范德華力首尾相連。故，在將所述碳納米管線的兩端相 對回轉(zhuǎn)的過程中，該碳納米管線中的碳納米管會沿碳納米管線的軸向方向螺旋狀排列，且 在延伸方向通過范德華力首尾相連，進(jìn)而形成所述碳納米管單紗110。另外，在將所述碳納 米管線的兩端相對回轉(zhuǎn)的過程中，所述碳納米管線中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的間 距會變小，接觸面積增大，從而使所述碳納米管單紗110中沿徑向方向相鄰的碳納米管之 間的范德華力顯著增加，并緊密相連。所述碳納米管單紗110中沿徑向方向相鄰的碳納米 管之間的間距小于等于10納米。優(yōu)選地，所述碳納米管單紗110中沿徑向方向相鄰的碳納 米管之間的間距小于等于5納米。更優(yōu)選地，所述碳納米管單紗110中沿徑向方向相鄰的 碳納米管之間的間距小于等于1納米。由于所述碳納米管單紗Iio中沿徑向方向相鄰的碳 納米管之間的間距較小且通過范德華力緊密相連，故，所述碳納米管單紗110具有光滑且 致密的表面結(jié)構(gòu)。
[0019] 所述碳納米管單紗110的直徑為50納米到30微米。所述碳納米管單