氣體流量傳感器

1、 氣體流量傳感器應(yīng)用廣泛，極大的影響著社會各行各業(yè)的發(fā)展。如工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、促進(jìn)科技的發(fā)展等方面起著重要作用。

氣體流量傳感器2、 如今，氣體流量傳感器種類比較多，有節(jié)流式、容積式、渦街式、電磁式、熱式、超聲波式等若干種。多數(shù)是采集流體的溫度、壓力等信號，再換算成流量。但由于氣體流動狀態(tài)不穩(wěn)定，使氣體流量傳感器的流量測量準(zhǔn)確性受到影響。而由美國的科學(xué)家發(fā)明的插入式氣體流量傳感器，為流量的測量帶來了一場革命，實(shí)現(xiàn)了直接測量流體質(zhì)量流量的目的。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展， 氣體流量傳感器變得體積小，低成本，穩(wěn)定性好，功耗低，可被批量制造。

3、 目前，小而強(qiáng)的產(chǎn)品是當(dāng)今社會急需的產(chǎn)品，而氣體流量傳感器隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越能滿足社會的這一需要。氣體流量傳感器變得越來越小型化，其檢測性能的提高也對社會的發(fā)展做出積極的貢獻(xiàn)、

4、 放眼國內(nèi)，很多技術(shù)還不成熟，國內(nèi)市場上大部分的產(chǎn)品都是進(jìn)口而來，在國外主要由瑞士、荷蘭、歐美和日本等技術(shù)發(fā)達(dá)的國家，憑借他們先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)大力發(fā)展氣體流量傳感器，并已取得了喜人的成果。但總體看來，目前市場上的這類產(chǎn)品相互不兼容，產(chǎn)品還沒有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，應(yīng)用也沒有普遍化，高精度符合要求的氣體流量傳感器還在進(jìn)一步的研發(fā)中。故氣體流量傳感器成為一種正常發(fā)展且具有廣闊前景的新技術(shù)產(chǎn)品。

5、 總的來說，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)的氣體流量傳感器必能取代進(jìn)口的氣體流量傳感器。氣體流量傳感器 - 分類介紹 氣體流量傳感器測量被測流體工作狀態(tài)下的體積流量，測量原理中不涉及流體的溫度、壓力、密度和粘度的影響。其分類如下：

1.氣體流量傳感器物理量可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等氣體流量傳感器

2.氣體流量傳感器按工作原理可分為應(yīng)變式、壓電式、壓阻式、電感式、電容式、光電式、電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等氣體流量傳感器。

3.氣體流量傳感器按輸出信號的性質(zhì)可分為：輸出為開關(guān)量（“1”和"0”或“開”和“關(guān)”）的開關(guān)型氣體流量傳感器；輸出為模擬型氣體流量傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型氣體流量傳感器。

4.氣體流量傳感器按轉(zhuǎn)換能量的方式分：

1）能量轉(zhuǎn)換型：如：壓電式、熱電偶、光電式傳感器等；

2）能量控制型：如：電阻式、電感式、霍爾式等傳感器以及熱敏電阻、光敏電阻、濕敏電阻等；

5.氣體流量傳感器按照工作機(jī)理可分為：

1）結(jié)構(gòu)型：如：電感式、電容式傳感器等；

2）物性型：如：壓電式、光電式、各種半導(dǎo)體式傳感器等；

6.氣體流量傳感器按輸出信號的形式可分為：

1）模擬式：傳感器輸出為模擬電壓量；

2）數(shù)字式：傳感器輸出為數(shù)字量，如：編碼器式傳感器。

氣體流量傳感器應(yīng)用廣泛，種類繁多，分類方式也多種多樣。

1、氣體流量傳感器具有顯示功能：能同時(shí)顯示累積流量、瞬時(shí)流量、壓力和溫度

2、氣體流量傳感器具有通訊功能： 可以與分站的智能口進(jìn)行RS485通訊，并能同時(shí)輸出累積流量、瞬時(shí)流量、壓力和溫度。

流量傳感器呼吸機(jī)應(yīng)用

在呼吸機(jī)中的應(yīng)用已有近30年的歷史，在中高檔呼吸機(jī)中被普遍使用。它 作為呼吸機(jī)氣路系統(tǒng)的重要部件，負(fù)責(zé)將吸入和呼出的氣體流量轉(zhuǎn)換成電信號，送給信號處理電路完成對吸入和呼出潮氣量、分鐘通氣量、流 速的檢測和顯示。

根據(jù)呼吸機(jī)功能和設(shè)計(jì)的不同，流量傳感器的檢測值不僅僅提供顯示，還對呼吸機(jī)的控制、報(bào)警等起著決定作用，如流量傳感器將測量到 的實(shí)際值饋送到電子控制部分與面板設(shè)置值比較,利用兩者間的誤差控制伺服閥門來調(diào)節(jié)吸入和呼出氣體流量；安裝在吸氣系統(tǒng)前端的空氣和氧 氣流量傳感器生成的信號能幫助微處理器對閥門進(jìn)行控制，以提供病人所需要的氧濃度；流速和流量的檢測值還直接影響到呼氣與吸氣時(shí)相的 切換、分鐘通氣量上下限的報(bào)警、流量觸發(fā)靈敏度、氣流實(shí)時(shí)波形和P-V-環(huán)的監(jiān)測顯示等等，流量傳感器性能的好壞直接影響到呼吸機(jī)參數(shù)的 準(zhǔn)確性和可靠性。

流量傳感器技術(shù)革新

全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。有關(guān)專家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場，比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場份額的擴(kuò)大。

流量傳感器發(fā)展前景

傳感器市場報(bào)告顯示，2008年全球傳感器市場容量為506億美元，預(yù)計(jì)2010年全球傳感器市場可達(dá)600億美元以上。調(diào)查顯示，東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場增長最快的地區(qū)，而美國、德國、日本依舊是傳感器市場分布最大的地區(qū)。就世界范圍而言，傳感器市場上增長最快的依舊是汽車市場，占第二位的是過程控制市場，看好通訊市場前景。　一些傳感器市場比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現(xiàn)出成熟市場的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場規(guī)模最大，分別占到整個(gè)傳感器市場的21%、19%和14%。傳感器市場的主要增長來自于無線傳感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微機(jī)電系統(tǒng)）傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無線傳感器在2007-2010年復(fù)合年增長率預(yù)計(jì)會超過25%。

中文名稱

呼吸流量傳感器

英文名稱

respiratory flow transducer

定　　義

能感受呼吸流量并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。

應(yīng)用學(xué)科

機(jī)械工程（一級學(xué)科），傳感器（二級學(xué)科），生化量傳感器（三級學(xué)科）

流量傳感器葉片式

葉片式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理及檢測

傳統(tǒng)的波許L型汽油噴射系統(tǒng)及一些中檔車型采用這種葉片式空氣流量傳感器。其結(jié)構(gòu)如圖 1所示，由空氣流量計(jì)和電位計(jì)兩部 分組成。空氣流量計(jì)在進(jìn)氣通道內(nèi)有一個(gè)可繞軸擺動的旋轉(zhuǎn)翼片（測量片），如圖 2所示，作用在軸上的卷簧可使測量片關(guān)閉進(jìn)氣通路。發(fā)動機(jī)工作時(shí)，進(jìn)氣氣流經(jīng)過空氣流量計(jì)推動測量片偏轉(zhuǎn)，使其開啟。測量片開啟角度的大小取決于進(jìn)氣氣流對測量片的推力與測量片軸上卷簧彈力的平衡狀況。進(jìn)氣量的大小由駕駛員操縱節(jié)氣門來改變。進(jìn)氣量愈大，氣流對測量片的推力愈大，測量片的開啟角度也就愈大。在測量片軸上連著一個(gè)電位計(jì)，如圖 3所示。電位計(jì)的滑動臂與測量片同軸同步轉(zhuǎn)動，把測量片開啟角度的變化（即進(jìn)氣量的變化）轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。電位計(jì)通過導(dǎo)線、連接器與ECU連接。ECU根據(jù)電位計(jì)電阻的變化量或作用在其上的電壓的變化量，測得發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量，如圖 4所示。

在葉片式空氣流量傳感器內(nèi)，通常還有一電動汽油泵開關(guān)，如圖 5所示。當(dāng)發(fā)動機(jī)起動運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，測量片偏轉(zhuǎn)，該開關(guān)觸點(diǎn)閉合，電動汽油泵通電運(yùn)轉(zhuǎn)；發(fā)動機(jī)熄火后，測量片在回轉(zhuǎn)至關(guān)閉位置的同時(shí)，使電動汽油泵開關(guān)斷開。此時(shí)，即使點(diǎn)火開關(guān)處于開啟位置，電動汽油泵也不工作。

流量傳感器內(nèi)還有一個(gè)進(jìn)氣溫度傳感器，用于測量進(jìn)氣溫度，為進(jìn)氣量作溫度補(bǔ)償。

葉片式空氣流量傳感器導(dǎo)線連接器一般有7個(gè)端子，如圖 5中的39、36、6、9、8、7、27。但也有將電位計(jì)內(nèi)部的電動汽油泵控制觸點(diǎn)開關(guān)取消后，變?yōu)?個(gè)端子的。圖 6示出了日產(chǎn)和豐田車用葉片式空氣流量傳感器導(dǎo)線連接器端子的“標(biāo)記”。其端子“標(biāo)記”一般標(biāo)注在連接器的護(hù)套上。

流量傳感器渦街式

渦街流量傳感器主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量，如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。其特點(diǎn)是壓力損失小，量程范圍大，精度高，在測量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無可動機(jī)械零件，因此可靠性高，維護(hù)量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。渦街流量傳感器采用壓電應(yīng)力式傳感器，可靠性高，可在-20℃～ 250℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號，也有數(shù)字脈沖信號輸出，容易與計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用，是一種比較先進(jìn)、理想的測量儀器。

渦街流量傳感器是基于卡門渦街原理研制出來的。在流體中設(shè)置三角柱型旋渦發(fā)生體，則從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡門旋渦。

設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)平均流速為 ，旋渦發(fā)生體迎流面寬度為d，表體通徑為D，即可得到以下關(guān)系式：

f=SrU1/d=SrU/md ⑴

式中　U1--旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速，m/s；

Sr--斯特勞哈爾數(shù)；

m--旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比

管道內(nèi)體積流量qv為 　qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr ⑵

K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 ⑶

式中 K--流量計(jì)的儀表系數(shù)，脈沖數(shù)/m3（P/m3）。

由上式可以看出流量傳感器的輸出頻率只于旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。

流量傳感器卡門渦旋式

卡門渦旋式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖 11所示。在進(jìn)氣管道正中間設(shè)有一流線型或三角形的渦流發(fā)生器，當(dāng)空氣流經(jīng)該渦流發(fā)生器時(shí)，在其后部的氣流中會不斷產(chǎn)生一列不對稱卻十分規(guī)則的被稱為卡門渦流的空氣渦流。

測量單位時(shí)間內(nèi)旋渦數(shù)量的方法有反光鏡檢出式和超聲波檢出式兩種。圖 12所示是反光鏡檢出式卡門渦旋流量傳感器，其內(nèi)有一只發(fā)光二極管和一只光敏三極管。發(fā)光二極管發(fā)出的光束被一片反光鏡反射到光敏三極管上，使光敏三極管導(dǎo)通。反光鏡安裝在一個(gè)很薄的金屬簧片上。金屬簧片在進(jìn)氣氣流旋渦的壓力作用下產(chǎn)生振動，其振動頻率與單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的旋渦數(shù)量相同。由于反光鏡隨簧片一同振動，因此被反射的光束也以相同的頻率變化，致使光敏三極管也隨光束以同樣的頻率導(dǎo)通、截止。ECU根據(jù)光敏三極管導(dǎo)通、截止的頻率即可計(jì)算出進(jìn)氣量（圖 11）。凌志LS400小轎車即用了這種型式的卡門渦旋式空氣流量傳感器。

圖 13所示為超聲波檢出式卡門渦旋式空氣流量傳感器。在其后半部的兩側(cè)有一個(gè)超聲波發(fā)射器和一個(gè)超聲波接收器。在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，超聲波發(fā)射器不斷地向超聲波接收器發(fā)出一定頻率的超聲波。當(dāng)超聲波通過進(jìn)氣氣流到達(dá)接收器時(shí)，由于受氣流中旋渦的影響，使超聲波的相位發(fā)生變化。ECU根據(jù)接收器測出的相應(yīng)變化的頻率，計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的旋渦的數(shù)量，從而求得空氣流速和流量，然后根據(jù)該信號確定基準(zhǔn)空氣量和基準(zhǔn)點(diǎn)火提前角。

流量傳感器熱線式

熱線式空氣流量傳感器的基本結(jié)構(gòu)由感知空氣流量的白金熱線（鉑金屬線）、根據(jù)進(jìn)氣溫度進(jìn)行修正的溫度補(bǔ)償電阻（冷線）、控制熱線電流并產(chǎn)生輸出信號的控制線路板以及空氣流量傳感器的殼體等元件組成。根據(jù)白金熱線在殼體內(nèi)的安裝部位不同，熱線式空氣流量傳感器分為主流測量、旁通測量方式兩種結(jié)構(gòu)形式。圖 18所示是采用主流測量方式的熱線式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)圖。它兩端有金屬防護(hù)網(wǎng)，取樣管置于主空氣通道中央，取樣管由兩個(gè)塑料護(hù)套和一個(gè)熱線支承環(huán)構(gòu)成。熱線線徑為70μm的白金絲（RH），布置在支承環(huán)內(nèi)，其阻值隨溫度變化，是惠斯頓電橋電路的一個(gè)臂（圖 19）。熱線支承環(huán)前端的塑料護(hù)套內(nèi)安裝一個(gè)白金薄膜電阻器，其阻值隨進(jìn)氣溫度變化，稱為溫度補(bǔ)償電阻（RK），是惠斯頓電橋電路的另一個(gè)臂。熱線支承環(huán)后端的塑料護(hù)套上粘結(jié)著一只精密電阻（RA）。此電阻能用激光修整，也是惠斯頓電橋的一個(gè)臂。該電阻上的電壓降即為熱線式空氣流量傳感器的輸出信號電壓?；菟诡D電橋還有一個(gè)臂的電阻RB安裝在控制線路板上。

工作原理：熱線溫度由混合集成電路A保持其溫度與吸入空氣溫度相差一定值，當(dāng)空氣質(zhì)量流量增大時(shí)，混合集成電路A使熱線通過的電流加大，反之，則減小。這樣，就使得通過熱線RH的電流是空氣質(zhì)量流量的單一函數(shù)，即熱線電流IH隨空氣質(zhì)量流量增大而增大，或隨其減小而減小，一般在50-120mA之間變化。