測(cè)量或驗(yàn)證存在氣體或液體運(yùn)動(dòng)通常使用機(jī)電技術(shù)。流量驅(qū)動(dòng)光學(xué)或霍爾傳感器路徑中的槳輪以及RPM的測(cè)量提供了良好的流速指示。另一種方法是使用應(yīng)變儀測(cè)量應(yīng)力，如連接到彈簧規(guī)的帆。雖然有效，但這些基于機(jī)械的方法可能遭受摩擦磨損和擊穿，并且當(dāng)污垢，腐蝕物或沖擊損壞機(jī)構(gòu)時(shí)可能會(huì)失效。

氣體或液體的高度一致性和純度提供了使用光學(xué)和聲波測(cè)量技術(shù)的選項(xiàng)。具有嚴(yán)格約束特性的精煉流體（如燃料）利用光學(xué)特性或聲波特性來(lái)測(cè)量流量。這類似于在空氣吹過(guò)瓶子頂部時(shí)尋找共振聲音音調(diào)。可預(yù)測(cè)且易于構(gòu)建的電路可以檢測(cè)您正在尋找的變量。

本文介紹了使用溫度傳感熱敏電阻檢測(cè)流量的技術(shù)。該方法使用自加熱模式與斜率分析，基于AI的算法相結(jié)合，以可靠地測(cè)量和驗(yàn)證流體或氣體流過(guò)通路。

熱敏電阻特性

熱敏電阻是一種雙端熱敏電阻。它表現(xiàn)出隨溫度變化的阻力變化。

存在兩種類型的熱敏電阻。 NTC是負(fù)系數(shù)變化，其中電阻隨溫度降低。隨著溫度的升高，PTC的正系數(shù)隨著電阻的增加而變化。兩種類型都可用，但NTC更常見(jiàn)。

特定的熱敏電阻將被指定為具有標(biāo)稱電阻和容差，通常為25°C。電阻的變化與溫度變化成比例，系數(shù)通常不是線性關(guān)系。因此，制造商通常會(huì)提供特定系列的溫度與電阻變化表。例如，松下ERT-JZEG103JA是ERTJ系列的一部分，數(shù)據(jù)表中提供了非線性系數(shù)的詳細(xì)信息，基于電阻比的表格。1

熱敏電阻是有利的，因?yàn)樗鼈儓?jiān)固耐用，具有良好的可用范圍（通常為-100°至+ 325°C），具有良好的精度（通常為0.05°至1.5°C），成本低，并且很少受到外部噪音的影響。

熱敏電阻也有缺點(diǎn)。它們必須密封，因?yàn)樗譂B透會(huì)導(dǎo)致故障。非線性也可以被視為缺點(diǎn)，因?yàn)闉榱藞?zhí)行精確讀取，可能需要曲線擬合算法或基于處理器的查找表。另一個(gè)缺點(diǎn)是自熱。

自熱是因?yàn)闊崦綦娮璧男袨榕c電阻一樣，會(huì)耗散功率。在高電阻下，自加熱通常可以忽略不計(jì)。然而，當(dāng)用更高的電壓和更低的電阻進(jìn)行偏置時(shí)，自加熱會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的讀數(shù)，甚至是NTC型零件的自毀性熱失控條件。

這種自加熱可用于測(cè)量周圍環(huán)境提取熱量的能力。這是這種技術(shù)的工作原理。

建立基線

第一步是將氣密密封的熱敏電阻放置在待監(jiān)測(cè)的氣體或液體的流路中（圖1）。始終確保熱敏電阻本體和引線的成分對(duì)暴露流動(dòng)的腐蝕不敏感。機(jī)械結(jié)構(gòu)還必須足夠堅(jiān)固，以免在最大流速下對(duì)熱敏電阻安裝件施加應(yīng)力和變形。

圖1：熱敏電阻與流量一致，我們可以測(cè)量熱量消除的速率。

在檢測(cè)到任何活動(dòng)更改之前，必須首先建立基線。在這種情況下，基線將指示任何流量開(kāi)始發(fā)生之前的環(huán)境溫度。您需要設(shè)置一個(gè)閾值或限制點(diǎn)，以指示不會(huì)發(fā)生進(jìn)一步的自熱，特別是對(duì)于NTC類型的熱敏電阻，它們吸收的電流越多，它們就越熱。

通過(guò)已知腔室和環(huán)境溫度的特性，可以推導(dǎo)出三個(gè)條件。首先是熱敏電阻是否鎖氣。

當(dāng)熱敏電阻被氣體鎖定且流體室為空時(shí)，自加熱脈沖會(huì)很快加熱熱敏電阻。在這種情況下，熱量主要通過(guò)輻射消散，并在靜態(tài)氣體或空氣填充室中緩慢發(fā)生。同樣，由于熱量散熱緩慢，熱敏電阻將需要更長(zhǎng)的時(shí)間冷卻回到環(huán)境溫度（圖2）。

圖2：氣鎖式熱敏電阻非常快速地加熱并且非常緩慢地冷卻。電阻變化的測(cè)量將表明這一點(diǎn)。

具有靜態(tài)，不流動(dòng)的流體狀態(tài)，較稠密的流體充當(dāng)散熱器并從熱敏電阻吸收熱量。結(jié)果，熱敏電阻升溫更慢，達(dá)到閾值電阻需要更多時(shí)間（圖3）。

圖3：靜態(tài)液態(tài)將充當(dāng)散熱器，降低加熱速度。與氣體鎖定狀態(tài)相比，冷卻將更快地進(jìn)行。

隨著流量，最快的熱量去除。結(jié)果，加熱將花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到閾值。當(dāng)它發(fā)生時(shí)，它會(huì)很快冷卻下來(lái)（圖4）。

圖4：流量最快地移除熱量。斜率表示存在流量，甚至可以指示流速。

關(guān)鍵點(diǎn)在于您無(wú)需達(dá)到閾值即可知道加熱的斜率或變化率。或者，您可以使其達(dá)到閾值并使用時(shí)間作為決定因素。

另一點(diǎn)是，如果要補(bǔ)償流動(dòng)氣體或流體的進(jìn)入溫度的任何變化，可以在流量傳感電路之前使用第二個(gè)熱敏電阻。如果溫度變化來(lái)自流量，這可以讓您調(diào)整您的期望。

雙模電路

雙偏置電路用于在測(cè)量模式和自熱模式之間切換。固態(tài)元件或機(jī)電繼電器可用于將自熱電壓與系統(tǒng)電壓隔離（圖5）。

圖5：雙模電路允許微電路在自熱偏置階段切換。通常，常閉觸點(diǎn)用作測(cè)量模式作為次級(jí)故障保護(hù)，因此如果微型鎖定，則熱敏電阻不會(huì)被加熱以自毀。

必須提出一些安全點(diǎn)。過(guò)度驅(qū)動(dòng)的NTC熱敏電阻會(huì)爆炸起火。最有可能的是，嵌入式微控制器將控制模式并讀取熱敏電阻，微控制器可能會(huì)發(fā)生故障并進(jìn)入鎖定狀態(tài)。因此，故障安全措施使電路不可能鎖定在自熱模式。

保證這一點(diǎn)的一種方法是使微觸發(fā)器成為不可再觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器（單觸發(fā)脈沖發(fā)生器），這樣如果它進(jìn)入該狀態(tài)，它就不會(huì)使熱敏電阻油炸。

這也很有用，因?yàn)閱未斡|發(fā)具有固定的脈沖寬度。微型脈沖可以在與中斷延遲相關(guān)的脈沖中產(chǎn)生抖動(dòng)。利用已知的固定脈沖寬度，您可以知道每個(gè)脈沖向熱敏電阻輸入多少能量。

另一個(gè)安全技巧是使單觸發(fā)脈沖寬度相對(duì)較窄，并用微脈沖“N”脈沖串觸發(fā)它。這樣可以更好地控制每個(gè)激勵(lì)/測(cè)量周期泵入熱敏電阻的能量，并確保在出現(xiàn)電路故障時(shí)輸送到熱敏電阻的最大能量很小。

AI shell

正如您可能已經(jīng)推斷出的那樣，實(shí)時(shí)心跳是控制算法的關(guān)鍵部分。連續(xù)周期的時(shí)間測(cè)量是決定斜率的因素，因此時(shí)間觸發(fā)的準(zhǔn)確性是關(guān)鍵。

因此，定時(shí)器計(jì)數(shù)器中斷服務(wù)程序快速而簡(jiǎn)單。在每個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷中，采樣統(tǒng)計(jì)塊（在這種情況下為8）并存儲(chǔ)在三維存儲(chǔ)器陣列的位置（圖6）。對(duì)于每個(gè)樣本塊，還累積和計(jì)算該樣本塊的平均值，峰值和低值。該過(guò)程類似于自主功能。

圖6：背景和前臺(tái)處理可以使用熱敏電阻數(shù)據(jù)來(lái)使用基于推理和推導(dǎo)引擎規(guī)則的處理對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行高級(jí)評(píng)估。

與前臺(tái)共享循環(huán)緩沖區(qū)指針。前臺(tái)例程分兩部分執(zhí)行。當(dāng)沒(méi)有其他實(shí)時(shí)關(guān)鍵功能發(fā)生時(shí)，一個(gè)非關(guān)鍵的，基于計(jì)時(shí)器的“潛意識(shí)”處理器會(huì)查看數(shù)據(jù)塊。首先要檢查錯(cuò)誤情況。如果峰值和低值之間的差異大于預(yù)定量，則可以標(biāo)記錯(cuò)誤情況。這可能表明系統(tǒng)中的溫度變化比系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的溫度變化更快。在嘈雜的環(huán)境中，它可能表示存在損壞的樣本塊。在任何一種情況下，它都可以觸發(fā)更嚴(yán)格地檢查數(shù)據(jù)的中斷，或者將樣本塊丟棄為損壞。

如果沒(méi)有發(fā)生閾值違規(guī)，潛意識(shí)前景例程會(huì)計(jì)算循環(huán)緩沖區(qū)中峰值，低值和平均數(shù)據(jù)塊的平均斜率。三者再次平均以創(chuàng)建趨勢(shì)平均值。這證實(shí)確實(shí)發(fā)生了加熱循環(huán)或冷卻循環(huán)。

根據(jù)需要，在前景過(guò)程中進(jìn)行斜率的大小和實(shí)際狀態(tài)的確定。執(zhí)行表格規(guī)則列表作為演繹引擎，可以查看斜率幅度，峰值變化以及樣本數(shù)組中的任何數(shù)據(jù)，以創(chuàng)建更新其中一個(gè)狀態(tài)累加器的加權(quán)值。例如，大于4的平均斜率將表明冷卻正在非常快速地發(fā)生，因此流量累加器將增加大量的流量。在處理表格規(guī)則集的最后，累加器將保存進(jìn)行狀態(tài)確定所需的數(shù)據(jù)。

注意，利用已知的直徑，壓力，輸入溫度，流體的比重，熱系數(shù)等，可以進(jìn)一步處理樣品陣列以確定流速。這也是在有意識(shí)的前景處理程序中完成的。

結(jié)論

處理算法可以從傳感器中提取大量可用信息，這些信息可用于進(jìn)行高級(jí)別扣除。您可以調(diào)整在后臺(tái)和前臺(tái)進(jìn)行的處理，如果沒(méi)有其他實(shí)時(shí)處理約束，甚至可以將進(jìn)程壓縮為一個(gè)連續(xù)的處理塊。您還可以調(diào)整樣本塊和規(guī)則集的深度。這只是使用基于AI的算法和處理來(lái)進(jìn)行高級(jí)假設(shè)的眾多示例之一。