測量或驗證存在氣體或液體運動通常使用機電技術。流量驅動光學或霍爾傳感器路徑中的槳輪以及RPM的測量提供了良好的流速指示。另一種方法是使用應變儀測量應力，如連接到彈簧規的帆。雖然有效，但這些基于機械的方法可能遭受摩擦磨損和擊穿，并且當污垢，腐蝕物或沖擊損壞機構時可能會失效。

氣體或液體的高度一致性和純度提供了使用光學和聲波測量技術的選項。具有嚴格約束特性的精煉流體（如燃料）利用光學特性或聲波特性來測量流量。這類似于在空氣吹過瓶子頂部時尋找共振聲音音調。可預測且易于構建的電路可以檢測您正在尋找的變量。

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

熱敏電阻特性

熱敏電阻是一種雙端熱敏電阻。它表現出隨溫度變化的阻力變化。

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

特定的熱敏電阻將被指定為具有標稱電阻和容差，通常為25°C。電阻的變化與溫度變化成比例，系數通常不是線性關系。因此，制造商通常會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，數據表中提供了非線性系數的詳細信息，基于電阻比的表格。1

熱敏電阻是有利的，因為它們堅固耐用，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。它們必須密封，因為水分滲透會導致故障。非線性也可以被視為缺點，因為為了執行精確讀取，可能需要曲線擬合算法或基于處理器的查找表。另一個缺點是自熱。

自熱是因為熱敏電阻的行為與電阻一樣，會耗散功率。在高電阻下，自加熱通常可以忽略不計。然而，當用更高的電壓和更低的電阻進行偏置時，自加熱會導致錯誤的讀數，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量周圍環境提取熱量的能力。這是這種技術的工作原理。

建立基線

第一步是將氣密密封的熱敏電阻放置在待監測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暴露流動的腐蝕不敏感。機械結構還必須足夠堅固，以免在最大流速下對熱敏電阻安裝件施加應力和變形。

圖1：熱敏電阻與流量一致，我們可以測量熱量消除的速率。

在檢測到任何活動更改之前，必須首先建立基線。在這種情況下，基線將指示任何流量開始發生之前的環境溫度。您需要設置一個閾值或限制點，以指示不會發生進一步的自熱，特別是對于NTC類型的熱敏電阻，它們吸收的電流越多，它們就越熱。

通過已知腔室和環境溫度的特性，可以推導出三個條件。首先是熱敏電阻是否鎖氣。

當熱敏電阻被氣體鎖定且流體室為空時，自加熱脈沖會很快加熱熱敏電阻。在這種情況下，熱量主要通過輻射消散，并在靜態氣體或空氣填充室中緩慢發生。同樣，由于熱量散熱緩慢，熱敏電阻將需要更長的時間冷卻回到環境溫度（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。電阻變化的測量將表明這一點。

具有靜態，不流動的流體狀態，較稠密的流體充當散熱器并從熱敏電阻吸收熱量。結果，熱敏電阻升溫更慢，達到閾值電阻需要更多時間（圖3）。

圖3：靜態液態將充當散熱器，降低加熱速度。與氣體鎖定狀態相比，冷卻將更快地進行。

隨著流量，最快的熱量去除。結果，加熱將花費很長時間才能達到閾值。當它發生時，它會很快冷卻下來（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。

關鍵點在于您無需達到閾值即可知道加熱的斜率或變化率。或者，您可以使其達到閾值并使用時間作為決定因素。

另一點是，如果要補償流動氣體或流體的進入溫度的任何變化，可以在流量傳感電路之前使用第二個熱敏電阻。如果溫度變化來自流量，這可以讓您調整您的期望。

雙模電路

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

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

必須提出一些安全點。過度驅動的NTC熱敏電阻會爆炸起火。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，微控制器可能會發生故障并進入鎖定狀態。因此，故障安全措施使電路不可能鎖定在自熱模式。

保證這一點的一種方法是使微觸發器成為不可再觸發的單穩態多諧振蕩器（單觸發脈沖發生器），這樣如果它進入該狀態，它就不會使熱敏電阻油炸。

這也很有用，因為單次觸發具有固定的脈沖寬度。微型脈沖可以在與中斷延遲相關的脈沖中產生抖動。利用已知的固定脈沖寬度，您可以知道每個脈沖向熱敏電阻輸入多少能量。

另一個安全技巧是使單觸發脈沖寬度相對較窄，并用微脈沖“N”脈沖串觸發它。這樣可以更好地控制每個激勵/測量周期泵入熱敏電阻的能量，并確保在出現電路故障時輸送到熱敏電阻的最大能量很小。

AI shell

正如您可能已經推斷出的那樣，實時心跳是控制算法的關鍵部分。連續周期的時間測量是決定斜率的因素，因此時間觸發的準確性是關鍵。

因此，定時器計數器中斷服務程序快速而簡單。在每個實時時鐘中斷中，采樣統計塊（在這種情況下為8）并存儲在三維存儲器陣列的位置（圖6）。對于每個樣本塊，還累積和計算該樣本塊的平均值，峰值和低值。該過程類似于自主功能。

圖6：背景和前臺處理可以使用熱敏電阻數據來使用基于推理和推導引擎規則的處理對系統狀態進行高級評估。

與前臺共享循環緩沖區指針。前臺例程分兩部分執行。當沒有其他實時關鍵功能發生時，一個非關鍵的，基于計時器的“潛意識”處理器會查看數據塊。首先要檢查錯誤情況。如果峰值和低值之間的差異大于預定量，則可以標記錯誤情況。這可能表明系統中的溫度變化比系統正常運行時的溫度變化更快。在嘈雜的環境中，它可能表示存在損壞的樣本塊。在任何一種情況下，它都可以觸發更嚴格地檢查數據的中斷，或者將樣本塊丟棄為損壞。

如果沒有發生閾值違規，潛意識前景例程會計算循環緩沖區中峰值，低值和平均數據塊的平均斜率。三者再次平均以創建趨勢平均值。這證實確實發生了加熱循環或冷卻循環。

根據需要，在前景過程中進行斜率的大小和實際狀態的確定。執行表格規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組中的任何數據，以創建更新其中一個狀態累加器的加權值。例如，大于4的平均斜率將表明冷卻正在非常快速地發生，因此流量累加器將增加大量的流量。在處理表格規則集的最后，累加器將保存進行狀態確定所需的數據。

注意，利用已知的直徑，壓力，輸入溫度，流體的比重，熱系數等，可以進一步處理樣品陣列以確定流速。這也是在有意識的前景處理程序中完成的。

結論

處理算法可以從傳感器中提取大量可用信息，這些信息可用于進行高級別扣除。您可以調整在后臺和前臺進行的處理，如果沒有其他實時處理約束，甚至可以將進程壓縮為一個連續的處理塊。您還可以調整樣本塊和規則集的深度。這只是使用基于AI的算法和處理來進行高級假設的眾多示例之一。