IST製品は大衆市場ではなく、標準アプリケーション向けの安価なチップのコピーで多様なIST製品の中には、フローセンサー（連続メディア用の流量センサー）などの興味深いものがあります。 猫の下で、私は彼らがどのように働くのか、どのように見えるのか、なぜ必要なのかを教えます。 流量計の開発者だけでなく、興味深いものになると思います。
そのため、液体または気体の流れを測定するために、さまざまな物理的効果が使用されます。 流量を測定するには、機械的、光学的、電磁的、超音波、およびその他の敏感な要素を使用します。これらの要素は、間接特性によってパイプを通過する連続媒体の流量を決定することを可能にします。
ここで、流量とは、ストリームの体積（リットル/分または立方メートル/分）と、ストリームの質量（キログラム/分）またはその速度（メートル/秒）の両方を意味することに注意してください。 ほとんどのアプリケーションで、媒体の特性と流れが移動するパイプの特性の両方が既知であると仮定すると、これらの概念はすべて同一であると見なされます。
IST製品のほとんどはプラチナ温度センサー（熱抵抗）であるため、熱効果も流量の決定に使用されます。
熱流量計では、測定は、フロー内に置かれた加熱体を冷却する（熱線風速計）か、フローに沿って位置する2点間で熱エネルギーを伝達する（熱量計）ことによって行われます。 実際のアプリケーションで両方の原則がどのように使用されるかを見てみましょう。
熱線風速計
IST熱線風速計を備えた流量計は、主にガス流量に使用されます。 最も単純なケースでは、発熱体と温度センサーで構成されています。 実際、これらは2つの熱抵抗器であり、それに基づいて次のアルゴリズムが実装されます。
流れがない場合、マイクロヒーターの温度は変化せず、流れがある場合、ヒーターは外部環境に熱を放出し始めます。 流れに与えられる熱量は、ヒーターと媒体の初期温度差、パイプのパラメーター、実際の流量など、いくつかの要因に依存します。
温度差は流量センサーのスイッチング回路によって決定され、パイプパラメーターは変更されないため、発熱体の熱伝達を使用して流量を測定できます。
ヒーターと温度センサーはブリッジ回路に含まれており、流れがない場合はバランスがとられ、ヒーターの抵抗が変化するとバランスが崩れます。 流量が増加すると、ヒーターが冷却され、ブリッジが不平衡になり、不平衡信号が増幅器に供給されます。 アンプの出力はヒーターに高い温度を伝え、ブリッジを平衡状態に戻します。 同じ信号が出力として使用されます。 流量の関数として。
パイプの既知のパラメーター、センサーの位置、流れの種類、およびガスの一定の熱物理特性（組成、圧力、温度）を使用して、このような関数はよく知られた方法の1つを使用して計算できます。
図は、フローセンサースイッチング回路の例と、Uflow電圧の流量依存性のグラフを示しています。
FS7シリーズのセンサーは、この原理で機能します。 導電路はセラミックジルコニア基板（プラチナマイクロヒーターと温度センサー）に適用され、その間に接続が提供されます。 構造全体がガラスの薄い絶縁層で覆われています。
この設計の敏感な要素により、0〜100 m / sの範囲の流速を0.01 m / sの感度で、測定値の3％未満の誤差で測定できます。 ただし、測定の精度は、敏感な要素だけでなく、含まれる回路、および最終デバイスのキャリブレーション方法によっても決定されます。
FS7センサーの動作温度範囲は、標準実行の場合-20〜150°Cですが、ISTは許容温度が最大+400°Cのセンサーの製造を実施しています。
この図は、FS7センサーの2つのバージョンを示しています-ケース内とケースなし。
水分を含む攻撃的な環境について
FS7センサー、および以下で説明するFS2は、主にガスと水を含まない液体媒体に使用されることに注意することが重要です-水中での長時間の動作中、センサーの上部絶縁層が徐々に破壊され、電気分解が発生します。
水および他の同様の媒体の流れのために、液体からのモジュールが提供されます-風速計センサー、その要素は流れから隔離されます。 Out Of Liquidは、外壁にマイクロヒーターと温度センサーを備えた小さなステンレススチールチューブです。
チューブの長さは40 mm、直径は4 mmで、このソリューションの動作温度範囲は-50°C〜+180°Cです。
フローの方向の決定について
熱線風速計には明らかな制限があります。 特に、流れの方向を決定することはできず、センサーの高感度を必要とするアプリケーションには適していません。
対照的に、熱量計は、方向が変化する比較的遅いガス流量用に設計されています。 熱量センサーは、マイクロヒーターとその前後の温度を測定する2つのセンサーの3つの要素で構成されています。 流れがない場合、ヒーターから放出される熱点は静止しているため、連続媒体はヒーターの左右で同じ温度になります。 流れが発生すると、ヒートスポットは流れの方向と速度に従って「シフト」します。 したがって、既知のパイプパラメーターと媒体特性を使用して、温度は温度センサーの読み取り値の差によって測定できます。
比色センサーの製造では、プラチナトラックがセラミック基板とそれらの間の接続にも適用されます-マイクロヒーターと2つの温度センサー。
発熱体は流れの存在下で冷却され、このプロセスは測定に使用されなくなったため、追加の温度補償センサーが流れセンサーに装備されています。
FS2シリーズのセンサーは、この原理に基づいて構築されています。 彼らの助けを借りて、方向と流量の両方を決定できます。 0〜2.5 m / sの範囲では、センサーの感度は0.001 m / sです。
熱量センサーの測定範囲は、その動作原理によって制限されます。特定の流量では、ヒートスポットが「移動」しすぎ、左右のセンサーのインジケーターの違いにより、流量を判断できなくなります。
熱量センサーのこの厄介な特性は、簡単にバイパスできます。 流れが特定の速度に達すると、熱線風速計モードで動作するように「切り替える」ことができます-既知の熱線原理に従って、ヒーター+補償温度センサーのペアの使用を開始します。
2つの測定方法を組み合わせて使用する場合、範囲の大部分にわたる流速の大きさは電圧Uflowの2次関数（下のグラフ）によって決定され、流れの方向はセンサーとマイクロヒーターのペアで構成されるフルブリッジ回路からの電圧によって決定されます。
「マイクロフロー」の使用について
タスクが1.5 m / sを超える速度のフローでの作業を伴わず、気体媒体について話している場合は、MFS02シリーズセンサー（Micro Flow Sense）を使用できます。 MFS02には、最大感度（0.0003 m / s）および応答速度（応答時間が10ミリ秒未満）があります。
構造的には、MFS02センサーはFS2に似ており、マイクロヒーター、一対の温度センサー、追加の補償センサーで構成されています。 ただし、MFS02は異なる技術プロセスに従って製造されます。センサーのガラスセラミック基板には、膜を表すゾーンが割り当てられます。 膜のみが流れに浸されていると想定されているため、熱量測定用のコンポーネントが配置され、補償温度センサーが膜の外側に設置されています。
MFS02センサーのサイズはわずか3.5 x 5.1 mmであり、コンタクトパッドへのはんだ付けは非常に難しいため、MFS02はエレメントの端子へのアクセスを提供する拡張カードの一部としても利用できます。
おわりに
結論として、Habréで作成した製品の使用に関する質問は、プロファイルで指定された電子メールアドレスにも送信できることを読者に感謝します。
upd：上記のセンサーとモジュールはすべて在庫から入手できます。 efo-sensor.ruの詳細