CN104977429B - 一种具有零点校准功能的热式风速传感器结构及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有零点校准功能的热式风速传感器结构及校准方法，在热式风速传感器感风面设有两个加热部件，需要校准时，通过分别使加热部件工作，可以获取相对两个方向的温差信号，通过将这两个相反的温差信号取算术平均就可得到当前环境下的零点。本发明结构简单，封装方便，大大降低了热式风速传感器的检测和标定时间。

Description

一种具有零点校准功能的热式风速传感器结构及校准方法

技术领域

本发明涉及一种具有零点校准功能的热式风速传感器结构及校准方法。

背景技术

风速、风向是反应气象情况非常重要的参数，对环境监测、空气调节和工农业的生产有重要影响，因此快速准确测量出风速和风向具有重要的实际意义。众所周知，典型热风速传感器由于工艺和封装问题，不能做到完全对称，因此零点漂移问题一直是阻碍热风速计精确度和灵敏度提高的一大难关。一般的方法是通过测量环境温度的变化和风速之间的关系，利用查表或经验公式来进行校准，这样做的问题在于需要大量的测试，且每个传感器由于封装工艺的不完全一致，需要一一校准，因此耗时且能耗非常高。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可在线进行零点校准的热式风速传感器结构及校准方法，该结构通过在传感器上附加加热结构的方法调节传感器的输出，达到检测实时零点的目的，避免了传感器的繁琐补偿问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有零点校准功能的热式风速传感器结构，包括圆形陶瓷衬底，在圆形陶瓷衬底的背面中心位置设置加热元件，第一测温传感器和第二测温传感器以加热元件为中心对称分布在圆形陶瓷衬底的背面，第一加热元件和第二加热元件以加热元件为中心对称分布在圆形陶瓷衬底的正面；第一加热元件通过第一导线和第一通孔与圆形陶瓷衬底背面的第一引线焊盘连接，第二加热元件通过第二导线和第二通孔与圆形陶瓷衬底背面的第二引线焊盘连接，第一导线、第一通孔和第一引线焊盘分别与第二导线、第二通孔和第二引线焊盘对称。

优选的，所述第一测温传感器和第一加热元件置正对，所述第二测温传感器和第二加热元件位置正对。

正常工作时，第一加热元件和第二加热元件不工作，加热元件加热使圆形陶瓷衬底正面温度高于环境一固定温度值，当圆形陶瓷衬底正面有流体风吹过，使圆形陶瓷衬底正面的温度场不再以加热元件为中心对称，该温度场反馈到圆形陶瓷衬底背面，将使第一测温传感器和第二测温传感器之间产生温差，该温差减去传感器表面无风时得到的第一测温传感器和第二测温传感器之间的温差(即零点)，就可以得到环境风速的信息。

如此时需要校准零点，则驱动第一加热元件和第二加热元件分别工作，使圆形陶瓷衬底正面的温度场出现两个极端不对称情况，即第一加热元件单独工作，使第一测温传感器测得的温度远高于第二测温传感器测得的温度，记此温差为T1；反之第二加热元件单独工作，使第二测温传感器测得的温度远高于第一测温传感器测得的温度，记此温差为T2。此时环境风的影响很小，可以忽略。因此将这两个温差值取平均，即(T1+T2)/2，该值就是当前环境下传感器的零点值。

一种具有零点校准功能的热式风速传感器结构的校准方法，正常工作时，第一加热元件和第二加热元件不工作，校准零点时，包括如下步骤：首先，第一加热元件工作，第二加热元件不工作，记录第一测温传感器第二测温传感器之间测量温差记为T1；其次，第一加热元件不工作，第二加热元件工作，记录第一测温传感器和第二测温传感器之间测量温差记为T2；最后将(T1+T2)/2作为该传感器的新零点值。

优选的，第一加热元件和第二加热元件单独工作时，第一测温传感器和第二测温传感器之间测量温差T1的绝对值和测量温差T2的绝对值均等于或略大于该传感器测量范围的上限。

有益效果：本发明提供的具有零点校准功能的热式风速传感器结构，与现有技术相比，具有如下优势：1、结构简单，测量方法也不复杂，便于实现；2、传感器正面的加热元件的导线通过通孔转移到衬底背面，不影响风道，且封装方便；3、可在线实时测量零点，不需要预先测量传感器的零点在不同环境条件下的值，免去了补偿的问题，有效降低了标定费用并提高了效率；4、避免了传感器长期温漂造成的零点漂移影响。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种具有零点校准功能的热式风速传感器结构，包括圆形陶瓷衬底1，在圆形陶瓷衬底1的背面中心位置设置加热元件2，第一测温传感器31和第二测温传感器32以加热元件2为中心对称分布在圆形陶瓷衬底1的背面，第一加热元件41和第二加热元件42以加热元件2为中心对称分布在圆形陶瓷衬底1的正面；第一加热元件41通过第一导线51和第一通孔61与圆形陶瓷衬底1背面的第一引线焊盘71连接，第二加热元件42通过第二导线52和第二通孔62与圆形陶瓷衬底1背面的第二引线焊盘72连接，第一导线51、第一通孔61和第一引线焊盘71分别与第二导线52、第二通孔62和第二引线焊盘72对称；所述第一测温传感器31和第一加热元件41位置正对，所述第二测温传感器32和第二加热元件42位置正对。为了保证测量精度，要保持圆形陶瓷衬底1位置水平，相对称的两个部件在同一个水平面上。

一种具有零点校准功能的热式风速传感器结构的校准方法，正常工作时，第一加热元件41和第二加热元件42不工作，校准零点时，包括如下步骤：首先，第一加热元件41工作，第二加热元件42不工作，记录第一测温传感器31和第二测温传感器32之间测量温差记为T1；其次，第一加热元件41不工作，第二加热元件42工作，记录第一测温传感器31和第二测温传感器32之间测量温差记为T2；最后将T1+T2/2作为该传感器的新零点值。要求第一加热元件41和第二加热元件42单独工作时，第一测温传感器31和第二测温传感器32之间测量温差T1的绝对值和测量温差T2的绝对值均大于等于该传感器测量范围的上限。

该传感器的制作方法如下：

第一步：选择圆形陶瓷衬底1，在圆形陶瓷衬底1的正面采用剥离工艺制备第一加热元件41和第二加热元件42，第一加热元件41和第二加热元件42所选材料为铂，然后再用剥离工艺制备第一导线51和第二导线52，第一导线51和第二导线52所选材料为金；

第二步：在圆形陶瓷衬底1背面采用剥离工艺制备加热元件2、第一测温传感器31和第二测温传感器32，加热元件2、第一测温传感器31和第二测温传感器32所选材料为铂，然后再用剥离工艺制备第一引线焊盘71和第二引线焊盘72，第一引线焊盘71和第二引线焊盘72所选材料为钛金；

第三部：在圆形陶瓷衬底1对应位置采用激光打孔，然后用锡球焊料填充的方式完成第一通孔61和第二通孔62的制备，这样就将正面的第一加热元件41和第二加热元件42连接到背面。到此完成了整个传感器的制作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种具有零点校准功能的热式风速传感器，其特征在于：包括圆形陶瓷衬底(1)，在圆形陶瓷衬底(1)的背面中心位置设置加热元件(2)，第一测温传感器(31)和第二测温传感器(32)以加热元件(2)为中心对称分布在圆形陶瓷衬底(1)的背面，第一加热元件(41)和第二加热元件(42)以加热元件(2)为中心对称分布在圆形陶瓷衬底(1)的正面；第一加热元件(41)通过第一导线(51)和第一通孔(61)与圆形陶瓷衬底(1)背面的第一引线焊盘(71)连接，第二加热元件(42)通过第二导线(52)和第二通孔(62)与圆形陶瓷衬底(1)背面的第二引线焊盘(72)连接，第一导线(51)、第一通孔(61)和第一引线焊盘(71)分别与第二导线(52)、第二通孔(62)和第二引线焊盘(72)对称。

2.一种具有零点校准功能的热式风速传感器的校准方法，其特征在于：正常工作时，第一加热元件(41)和第二加热元件(42)不工作，校准零点时，包括如下步骤：首先，第一加热元件(41)工作，第二加热元件(42)不工作，记录第一测温传感器(31)和第二测温传感器(32)之间测量温差记为T1；其次，第一加热元件(41)不工作，第二加热元件(42)工作，记录第一测温传感器(31)和第二测温传感器(32)之间测量温差记为T2；最后将(T1+T2)/2作为该传感器的新零点值；第一加热元件(41)和第二加热元件(42)单独工作时，第一测温传感器(31)和第二测温传感器(32)之间测量温差T1的绝对值和测量温差T2的绝对值均大于等于该传感器测量范围的上限。