Technologie des capteurs de débit

1. Capteur de débit. Depuis le développement des régulateurs de débit massique de gaz, les capteurs utilisés comprennent principalement des capteurs thermiques, des capteurs volumétriques et des capteurs de pression différentielle. Parmi eux, les types thermique et de pression différentielle sont majoritairement utilisés. Le capteur thermique est un capteur qui calcule le débit massique du fluide en mesurant le transfert de chaleur et le transfert de chaleur lorsque le fluide est chauffé. Le capteur de masse à pression différentielle est un capteur qui calcule le débit du fluide en mesurant la différence de pression générée par le gaz traversant la résistance. Plus la résistance est élevée, plus la différence de pression est importante et plus il est sensible au débit. Les capteurs de débit thermiques sont largement utilisés dans le développement des régulateurs de débit car ils sont sensibles au débit et à la composition du gaz, et sont applicables à une large gamme de types de gaz et de débits. 2. Application du capteur de débit thermique dans les régulateurs de débit massique de gaz. Le régulateur de débit massique de gaz est composé de capteurs, de canaux diviseurs de débit, de vannes de régulation de débit, de circuits de contrôle d'amplification et d'autres composants. Le principe est le suivant : le signal de débit mesuré par le pont chauffant du capteur est envoyé à l’amplificateur pour amplification. La tension de détection de débit amplifiée est comparée à la tension de consigne. Le signal différentiel est ensuite amplifié pour commander et ajuster la vanne, réalisant ainsi une régulation de débit en boucle fermée. Le débit à travers le canal est mesuré par le capteur. Le capteur est l’élément central du régulateur de débit massique de gaz. Il utilise principalement le principe de la calorimétrie thermoélectrique à transfert de chaleur capillaire pour mesurer le débit massique de gaz et offre une compensation automatique de température et de pression. Le capteur de débit thermique est généralement conçu avec deux bobines, comme illustré à la figure 1. La température de la bobine augmente après l’application du courant. Figure 1 : Schéma du capteur. Lorsqu’un flux d’air traverse le capteur, la température de l’air d’admission est généralement d’environ 20 °C, tandis que celle de la bobine est généralement d’environ 100 °C. L’air froid réduit la température de la bobine, ce qui augmente la différence de température entre la bobine en amont et l’air d’admission, améliorant ainsi l’effet du refroidissement. Après avoir été chauffé par la bobine amont, la température du gaz se rapproche progressivement de celle de la bobine, et l'effet de refroidissement de la bobine aval par le gaz est beaucoup plus faible. Par conséquent, la température moyenne de la bobine aval est généralement supérieure à celle de la bobine amont. Il existe donc une différence de température entre les gaz amont et aval. Plus le débit de gaz est important, plus le refroidissement de la bobine amont est important et plus la différence de résistance entre les deux bobines est importante. En considérant la différence de tension entre les bobines amont et aval comme signal de sortie du capteur, le débit de gaz peut être contrôlé après amplification par le circuit amplificateur. La figure ci-dessous illustre l'évolution et la différence de température entre les bobines amont et aval après le passage du gaz dans le capteur. Figure 2 : Température moyenne de la bobine du capteur. La figure ci-dessus montre que lorsque le débit de gaz atteint un certain niveau, la différence de température entre les bobines amont et aval tend à diminuer, tout comme la sortie du capteur, avant de se stabiliser. C'est l'état de pleine échelle. 3. Avantages des capteurs de débit thermique. L'industrie des semi-conducteurs évolue vers une technologie de pointe et les exigences en matière de précision des régulateurs de débit sont de plus en plus élevées. Grâce à leur sensibilité au débit gazeux, les capteurs de débit thermique peuvent non seulement mesurer et réguler des micro-flux gazeux, mais aussi différents gaz ou mélanges gazeux, tout en garantissant une précision et une stabilité de régulation élevées. C'est pourquoi les capteurs de débit thermique ont toujours occupé une place prépondérante dans le domaine des régulateurs de débit massique de gaz ( débitmètres ).

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