一種具有零點校準功能的熱式風速傳感器結構及校準方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有零點校準功能的熱式風速傳感器結構及校準方法。
【背景技術】
[0002]風速、風向是反應氣象情況非常重要的參數，對環境監測、空氣調節和工農業的生產有重要影響，因此快速準確測量出風速和風向具有重要的實際意義。眾所周知，典型熱風速傳感器由于工藝和封裝問題，不能做到完全對稱，因此零點漂移問題一直是阻礙熱風速計精確度和靈敏度提高的一大難關。一般的方法是通過測量環境溫度的變化和風速之間的關系，利用查表或經驗公式來進行校準，這樣做的問題在于需要大量的測試，且每個傳感器由于封裝工藝的不完全一致，需要一一校準，因此耗時且能耗非常高。
【發明內容】
[0003]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種可在線進行零點校準的熱式風速傳感器結構及校準方法，該結構通過在傳感器上附加加熱結構的方法調節傳感器的輸出，達到檢測實時零點的目的，避免了傳感器的繁瑣補償問題。
[0004]技術方案:為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0005]一種具有零點校準功能的熱式風速傳感器結構，包括圓形陶瓷襯底，在圓形陶瓷襯底的背面中心位置設置加熱元件，第一測溫傳感器和第二測溫傳感器以加熱元件為中心對稱分布在圓形陶瓷襯底的背面，第一加熱元件和第二加熱元件以加熱元件為中心對稱分布在圓形陶瓷襯底的正面；第一加熱元件通過第一導線和第一通孔與圓形陶瓷襯底背面的第一引線焊盤連接，第二加熱元件通過第二導線和第二通孔與圓形陶瓷襯底背面的第二引線焊盤連接，第一導線、第一通孔和第一引線焊盤分別與第二導線、第二通孔和第二引線焊盤對稱。
[0006]優選的，所述第一測溫傳感器和第一加熱元件置正對，所述第二測溫傳感器和第二加熱元件位置正對。
[0007]正常工作時，第一加熱元件和第二加熱元件不工作，加熱元件加熱使圓形陶瓷襯底正面溫度高于環境一固定溫度值，當圓形陶瓷襯底正面有流體風吹過，使圓形陶瓷襯底正面的溫度場不再以加熱元件為中心對稱，該溫度場反饋到圓形陶瓷襯底背面，將使第一測溫傳感器和第二測溫傳感器之間產生溫差，該溫差減去傳感器表面無風時得到的第一測溫傳感器和第二測溫傳感器之間的溫差(即零點)，就可以得到環境風速的信息。
[0008]如此時需要校準零點，則驅動第一加熱元件和第二加熱元件分別工作，使圓形陶瓷襯底正面的溫度場出現兩個極端不對稱情況，即第一加熱元件單獨工作，使第一測溫傳感器測得的溫度遠高于第二測溫傳感器測得的溫度，記此溫差為Tl;反之第二加熱元件單獨工作，使第二測溫傳感器測得的溫度遠高于第一測溫傳感器測得的溫度，記此溫差為T2。此時環境風的影響很小，可以忽略。因此將這兩個溫差值取平均，即(Tl+T2)/2，該值就是當前環境下傳感器的零點值。
[0009]一種具有零點校準功能的熱式風速傳感器結構的校準方法，正常工作時，第一加熱元件和第二加熱元件不工作，校準零點時，包括如下步驟:首先，第一加熱元件工作，第二加熱元件不工作，記錄第一測溫傳感器第二測溫傳感器之間測量溫差記為Tl;其次，第一加熱元件不工作，第二加熱元件工作，記錄第一測溫傳感器和第二測溫傳感器之間測量溫差記為T2 ;最后將(Tl+T2)/2作為該傳感器的新零點值。
[0010]優選的，第一加熱元件和第二加熱元件單獨工作時，第一測溫傳感器和第二測溫傳感器之間測量溫差Tl的絕對值和測量溫差Τ2的絕對值均等于或略大于該傳感器測量范圍的上限。
[0011]有益效果:本發明提供的具有零點校準功能的熱式風速傳感器結構，與現有技術相比，具有如下優勢:1、結構簡單，測量方法也不復雜，便于實現；2、傳感器正面的加熱元件的導線通過通孔轉移到襯底背面，不影響風道，且封裝方便；3、可在線實時測量零點，不需要預先測量傳感器的零點在不同環境條件下的值，免去了補償的問題，有效降低了標定費用并提高了效率；4、避免了傳感器長期溫漂造成的零點漂移影響。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0014]如圖1所示為一種具有零點校準功能的熱式風速傳感器結構，包括圓形陶瓷襯底1，在圓形陶瓷襯底I的背面中心位置設置加熱元件2，第一測溫傳感器31和第二測溫傳感器32以加熱元件2為中心對稱分布在圓形陶瓷襯底I的背面，第一加熱元件41和第二加熱元件42以加熱元件2為中心對稱分布在圓形陶瓷襯底I的正面；第一加熱元件41通過第一導線51和第一通孔61與圓形陶瓷襯底I背面的第一引線焊盤71連接，第二加熱元件42通過第二導線52和第二通孔62與圓形陶瓷襯底I背面的第二引線焊盤72連接，第一導線51、第一通孔61和第一引線焊盤71分別與第二導線52、第二通孔62和第二引線焊盤72對稱；所述第一測溫傳感器31和第一加熱元件41位置正對，所述第二測溫傳感器32和第二加熱元件42位置正對。為了保證測量精度，要保持圓形陶瓷襯底I位置水平，相對稱的兩個部件在同一個水平面上。
[0015]一種具有零點校準功能的熱式風速傳感器結構的校準方法，正常工作時，第一加熱元件41和第二加熱元件42不工作，校準零點時，包括如下步驟:首先，第一加熱元件41工作，第二加熱元件42不工作，記錄第一測溫傳感器31和第二測溫傳感器32之間測量溫差記為Tl ;其次，第一加熱元件41不工作，第二加熱元件42工作，記錄第一測溫傳感器31和第二測溫傳感器32之間測量溫差記為Τ2 ;最后將Τ1+Τ2/2作為該傳感器的新零點值。要求第一加熱元件41和第二加熱元件42單獨工作時，第一測溫傳感器31和第二測溫傳感器32之間測量溫差Tl的絕對值和測量溫差Τ2的絕對值均大于等于該傳感器測量范圍的上限。
[0016]該傳感器的制造方法如下:
[0017]第一步:選擇圓形陶瓷襯底1，在圓形陶瓷襯底I的正面采用剝離工藝制備第一加熱元件41和第二加熱元件42，第一加熱元件41和第二加熱元件42所選材料為鉑，然后再用剝離工藝制備第一導線51和第二導線52，第一導線51和第二導線52所選材料為金；
[0018]第二步:在圓形陶瓷襯底I背面采用剝離工藝制備加熱元件2、第一測溫傳感器31和第二測溫傳感器32，加熱元件2、第一測溫傳感器31和第二測溫傳感器32所選材料為鉑，然后再用剝離工藝制備第一引線焊盤71和第二引線焊盤72，第一引線焊盤71和第二引線焊盤72所選材料為鈦金；
[0019]第三部:在圓形陶瓷襯底I對應位置采用激光打孔，然后用錫球焊料填充的方式完成第一通孔61和第二通孔62的制備，這樣就將正面的第一加熱元件41和第二加熱元件42連接到背面。到此完成了整個傳感器的制作。
[0020]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種具有零點校準功能的熱式風速傳感器結構，其特征在于:包括圓形陶瓷襯底(I)，在圓形陶瓷襯底(I)的背面中心位置設置加熱元件(2)，第一測溫傳感器(31)和第二測溫傳感器(32)以加熱元件(2)為中心對稱分布在圓形陶瓷襯底(I)的背面，第一加熱元件(41)和第二加熱元件(42)以加熱元件(2)為中心對稱分布在圓形陶瓷襯底(I)的正面；第一加熱元件(41)通過第一導線(51)和第一通孔(61)與圓形陶瓷襯底(I)背面的第一引線焊盤(71)連接，第二加熱元件(42)通過第二導線(52)和第二通孔(62)與圓形陶瓷襯底(I)背面的第二引線焊盤(72)連接，第一導線(51)、第一通孔(61)和第一引線焊盤(71)分別與第二導線(52)、第二通孔(62)和第二引線焊盤(72)對稱。2.—種具有零點校準功能的熱式風速傳感器結構的校準方法，其特征在于:正常工作時，第一加熱元件(41)和第二加熱元件(42)不工作，校準零點時，包括如下步驟:首先，第一加熱元件(41)工作，第二加熱元件(42)不工作，記錄第一測溫傳感器(31)和第二測溫傳感器(32)之間測量溫差記為Tl ;其次，第一加熱元件(41)不工作，第二加熱元件(42)工作，記錄第一測溫傳感器(31)和第二測溫傳感器(32)之間測量溫差記為T2 ;最后將(Tl+T2)/2作為該傳感器的新零點值。3.根據權利要求3所述的具有零點校準功能的熱式風速傳感器結構的校準方法，其特征在于:第一加熱元件(41)和第二加熱元件(42)單獨工作時，第一測溫傳感器(31)和第二測溫傳感器(32)之間測量溫差Tl的絕對值和測量溫差Τ2的絕對值均大于等于該傳感器測量范圍的上限。
【專利摘要】本發明公開了一種具有零點校準功能的熱式風速傳感器結構及校準方法，在熱式風速傳感器感風面設有兩個加熱部件，需要校準時，通過分別使加熱部件工作，可以獲取相對兩個方向的溫差信號，通過將這兩個相反的溫差信號取算術平均就可得到當前環境下的零點。本發明結構簡單，封裝方便，大大降低了熱式風速傳感器的檢測和標定時間。
【IPC分類】G01P21/02
【公開號】CN104977429
【申請號】CN201510346481
【發明人】秦明, 葉一舟, 陳蓓, 朱雁青, 黃慶安
【申請人】東南大學
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年6月19日