热膜式气体质量流量传感器的研制
热膜式气体质量流量传感器的研制
摘要：本文在简单阐述热式气体质量流量传感器的基础理论之上，对传感器敏感头芯片热敏电阻材料的选取、热敏电阻的结构设计和制备、信号处理电路设计等方面进行了理论分析。本文想通过现有工艺制备出热式气体流量传感器。
关键字：流量传感器，热膜式，气体质量流量，MEMS工艺
0引言
传感技术被发达国家列为核心技术之，流量传感器就是其中的一种。它在工业生产、科学实验、、保证产品质量、提高生产效率、节约能源、促进科技的发展等方面都有很重要的作用。尤其是在能源危机、工业自动化程度越来越高的当今时代，气体流量传感器在国民经济中的作用越来越明显。流量传感器的精度高低、稳定性好坏及适应工作环境能力的大小，智能化水平和功能价格比高低等性能指标都极大的影响着社会各行业的发展。
气体流量传感器的种类比较多，目前己研制出的气体流量传感器有截流式、容积式、涡街式、电磁式、热式、超声波式等若干种。多数是采集流体的温度、压力等信号，再换算成流量。但由于气体流动状态不稳定，使其流量测量准确性受到影响。直到由美国的科学家发明了插入式托马斯热线式气体质量流量传感器，才为流量的测量量带来了一场革命，实现了直接测量流体质量流量的目的[1]。且测量值不因温度或压力的波动而失准，不需要温度压力补偿。随着数字技术的发展，其连续测量的特点显得具有难以替代的优势，但受多个参量的影响，存在交叉灵敏度，从而，影响它的稳定性以及灵敏度，流量与电信号的对应关系是非线性的，要进行线性补偿[2]。
近几十年，由于电子技术的飞速发展，各种补偿技术不断提高，使热线式流量传感器的精度大大提高，测量范围扩大，但热线一致性很差，难以进行批量生产：当测低流速流体时，热紊乱很大；热线抗污染腐蚀能力差，价格高，易损坏；测量中有电子噪声，导致它的响应速度下降。热膜式气体质量流量传感器成为一种正在发展且具有广阔前景的新技术产品。
热膜式气体质量流量传感器本身具有许多特有的性质，如体积小、成本低、易于规模生产、稳定性好、功耗低、不受温度和压力影响等特点[3]，所以热膜式气体质量流量传感器从问世到如今，一直都在飞速发展。但国内的技术还不成熟，国内市场上大部分的产品都是进口而来。在国外，主要有瑞士、荷兰、欧美和日本等技术发达的国家，凭借他们先进的半导体技术大力发展热式流量传感器，并已取得了喜人的成果刚。但总的看来，目前市场上这类产品相互不兼容，产品还没有实现商业化，应用也没有普遍化，高精度符合客户要求的热式气体质量流量传感器尚在进一步的研究中。
热膜式气体质量流量传感器以其卓越的性价比来赢得市场，国内一些公司开发的与进口产品性能相近的产品的制造成本不到进口产品的10%，可见这类产品极具市场开发的潜质，有益于促进国家经济的增长。同时，热膜式气体流量传感器采用MEMS技术制造，将来随着微机械电子技术的发展，一方面由于硅集成技术的应用，使其可以实现大批量的生产，保证它的性能稳定，价格低廉，体积微型化；另一方面，将电路集成在同一芯片上，实现流体的智能测试[4]，使流量传感器的性能达到一个新的水平，将更大的方便流量传感器的推广使用。本文对热膜式气体质量流量传感器进行了全面分析，采用MEMS工艺设计了制造热膜式气体质量流量传感器的工艺过程。
1原理与结构
（1）原理简介
热式质量流量计(Thermal Mass Flowmeters，简称TMF)在国内习惯称量热式流量计，是利用热传导和热耗散的原理制作的[5]，气体的放热量或吸热量与该气体的质量成正比。结构上主要包括加热电阻和测温电阻。作为热源的加热器放置在管道中间，使被测流体的温度升高。加热器两侧各放置一个测温热敏电阻器，用以检测加热器两侧的温度变化，将热敏电阻器与外接的两个固定电阻组成测量电桥[6]。当流体静止时，由于测温电阻对称地安装在加热器两侧且阻值相等，因此测量电桥处于平衡状态；当流体流动时，沿管道轴向的温度场分布的对称性被扰动而遭到破坏，致使热源前端的温度低于热源后端的温度，因而引起测温电阻器阻值发生变化。两测温电阻器的阻值不等，使电桥失去平衡，输出一个直流电
压信号。当被测介质的比热恒定时，其输出的直流电压信号就与被测介质的质量流量成比例关系。
（2）结构
热膜式气体质量流量传感器的结构理论上可以有五种结构[7]，如图1所示。一般，为了减少加热电阻在纵向的热传导，提高测量精度，在硅片的正面做一层膜，在硅片背面腐蚀出一个硅杯结构。
a) b)
c) d)
c) d)
e)
图1 热模式气体质量流量传感器的结构
图中1-加热电阻2-测温电阻3-环境测温电阻
图a：只有加热电阻，测量的是流体带走的热量与流速的关系。
图b：有一个加热电阻和一个测温电阻原理与a相似。
图c：在加热电阻两侧等距放置两个等值电阻，通过测量温度差来反映流速。
图d：比图c多增加了一个环境温度检测电阻，用于消除环境噪声。
图e：图c的改进，电阻以梁结构制作，尽量减少纵向热传导，但工艺较难。
从图a到图e是一个结构不断改进，性能不断提高的过程，测温电阻与两个外接电阻构成惠斯通测量电桥。当流体流动时，电桥失去平衡，输出一个直流电压信号。当被测介质的比热恒定时，其输出的直流电压信号就与被测介质的质量流量成比例关系。
（3）数学模型
以图c 为例，对其原理用数学模型加以推导和说明，如图2所示。
图2 一种热模式气体质量流量传感器结构
气体流向如图2所示，设加热电阻温度为m T ，测温电阻温度为1m T 、3m T （1m T <3m T ），
流体初始温度为1f T ，加热后的温度为2f T 。当气体流经电阻R1时，根据牛顿冷
却定律[8]有：11()f m Q F T T α=- （1）
其中α为对流散热系数，在空气强制对流中有20<α(单位:W/m 2K)<100，F
为薄膜电阻的表面积。由于对流换热系数α的存在，电阻的温度可以表示为[9]： m f T T α∝ （2）
对流换热系数α是影响薄膜热电阻表面温度的主要因素。根据对流换热理论，
引入Nusselt 相似准则数N μ，导出薄膜表面温度1m T 与其表面气体流速的关系。
对流换热系数：/N d μαλ= （3）
其中N μ是努赛尔数，λ是空气导热系数，d 为薄膜厚度。
N μ处于空气强制对流散热时有：(/)m N c Vd μν= （4）
式中，m<1，一般取0.45---0.5，具体数值根据实验数据分析来确定。式中c
为常数（经验值为0.615），ν为运动粘度系数，将公式（4）带入公式（3）得：'m c V α= 其中1'm m m d c c V λ
ν-= （5）
将（5）代入（2）得：11m m f T V T ∝ （6）
设由实验测得的热敏电阻的温度系数为a ，温度为0时电阻为0R ，则温度为
T 时的电阻0(1)T R R aT =+，因此对R1有：101(1)m R R aT =+ （7）
将公式（5）和（6）代入（7）得：''101(1)m f R R ac V T =+ （8）
因此，当有流速从V1变化到V2时有：''10112()m m f R R ac T V V ?=- （9）
同理，当流体经过R3时有：'''30212()m m f R R ac T V V ?=- （10）
气体的初始温度1f T 可由实验测得，由于采用恒流供热，根据牛顿冷却定律
有：222()/m f Q F T T AI R AU R α=-== （11）
22
2//(/)/f m m m T T Q F T AI R F T AU R F ααα=-=-=- （12） 当电流电压一定时，可得2f T 是一个定植。
将这两个热敏电阻与两个外接电阻构成惠斯通电桥如图3所示，R1、R3是
测温电阻，电桥采用恒流源1mA 电流源供电。将电阻变化的非电信号转化成电
信号。
图3 测量电阻构成惠斯通电桥
理论分析如下：图3电桥的输出1
41234()O R R V E R R R R =-++，当电桥平衡时，
有1234R R R R +=+，所以式中12()E I R R =+。设桥臂比为n ，当测温电阻发生变
化1R ?、3R ?时，输出电压经适当处理得：/(.)J g C 。 （13）
总的看来:当桥臂比为n 和恒流源供电时，输出电压与热敏电阻变化率有关。
综上，建立起了气体的流速V----对流散热系数 ---测温电阻的温度1m T 、3m T ---
测温电阻的阻值R---输出电压Vo 的关系，电流I 和电压U 恒定，气体的初始温度一定时，输出电压Vo 为风速(可以转化为质量)的函数，这就是热膜式气体流量传感器的数学模型原理。
2 传感器芯片的设计
（1）芯片设计的整体思路
在设计一个芯片时，首先要进行总体的方案设计，设计一般需要考虑如下原
则：
a 设计遵循从整体到局部的原则， 把复杂难处理的问题分为若干简单的、
较容易处理的问题，分别加以解决。
b 经济性要求。为了获得较高的性能价格比，设计时不应盲目追求复杂高级
的方案。在满足性能指标的条件下，应尽可能采用简单的设计方案。因为简单的方案意味着用元器件较少，可靠性高，且比较经济。
c 可靠性要求。产品的可靠性决定产品的运行、实用价值。因此，可靠性的
考虑应贯穿设计的每一个环节，采用各种措施提高可靠性，保证测量系统长时间稳定上作。
（2）设计方案的选定
对于本课题所研制的传感器芯片而言，就是利用现有的工艺条件，采用计算
机进行辅助设计。传感器设计的整个工作分为传感器芯片参数的确定，芯片结构的设计和芯片的制备。
由于该传感器处于实验阶段，初级阶段为掌握镍热敏电阻的温度特性以及气
体流量与输出电压的关系，所以定下传感器的技术指标：
使用温度：0℃—150℃
芯片加热电压：<7V(电流<25OmA)
流速：<0.5g/s
本课题制作的热膜式气体质量流量传感器的敏感芯片是采用MEMS工艺制作的，基片采用双面抛光单晶硅，传感器热敏电阻最理想的是铂薄膜电阻，但是现有的工艺条件不能做铂的刻蚀，所以选择镍。镍铂膜电阻的温度系数比较高，镍电阻使用的温度区为-50---300℃，通常在200℃以下，它的温度系数最大为0.618%/℃[10]，但是加热电阻也采用镍薄膜结构，使得恒流加热会受影响。
为了降低加热电阻向基座的热传导和耗散，将硅衬底做成硅杯形状。腐蚀硅杯的保护层可以用Si3N4薄膜，但要先于热敏电阻制作，因为它要求的制作温度比较高，也可以用厚SiO2作背面的保护,最后形成Si--SiO2--Ni结构，芯片结构选择图1中的d结构。
整个芯片的面积争取控制在2cm2以内。具体的电阻图形、芯片结构布局要考虑芯片大小还要兼顾封装，要在实际设计制作中确定，力求优化的设计。拟采用的工艺主要包括：氧化、溅射、光刻、各向异性腐蚀等。制作过程中芯片的纵
向剖面框图如图4所示。
（1）氧化（2）溅射
（3）光刻（4）腐蚀
图4 传感器芯片制作框图
（3）结构热传导和热流场的有限元分析
a芯片热传导的有限元分析：利用二维模型进行建模。在分析中采用了ANSYS 中的MultiPhysics模块。用有限元分析中的Thermal分析，采用单元类型为Plan55，加热电阻温度150℃，作为体负载加热到镍电阻加热器上。Gozt[11]等的研究表明，对于一个边长小于5mm的薄皮结构而言，其热辐射所产生的热损耗可忽略不计，所以边界条件为：衬底的下表面温度确定为环境温度25℃；在衬底的上表面和
下表面都有空气对流所产生的热损耗。实验中所用的各种材料的物理参数如表1所示。分析得到的芯片热传导如图5所示。
材料参数 热传导系数 比热
/(.)W m K J/(g.0C)
硅 167 0.7
二氧化硅 1.4 1.0
镍 80 0.44
表1 芯片各材料的物理参数
图5 ANSYS 分析芯片热传导
b 热流场的有限元分析：当无气体流过时即V=0m/s 和环境温度为25℃时，
热源与空气主要以自然对流换热为主[12]，利用ANSYS 软件中的FLOTRANCFD 分析功能，分析得传感器平衡的热场温度分布结果如图6所示。
图6 平衡时芯片表面温度分布曲线
从图可见，整个温度分布非常对称。但是实际情况下，由于传感器的制作中所出现的工艺偏差，往往温度呈现略微的非对称性。当有气体流过时，热源与气体以强迫对流换热为主。影响对流换热的因素很多，为了便于计算和分析，在综合前人大量试验的基础上牛顿于1702年提出了对流换热计算公式---牛顿公式Q S t α=?，[13]公式指出，对流换热的热流量Q 与壁面换热面积S 和流体与壁面
的温度差t ?成正比，对流换热系数α单位为W/m 2℃，该值的大小，反映出对流换热过程的强弱程度。利用ANSYS 分析的流速为0.1m/s 和0.4m/s 时的温度分布情况如图7和8。
图7 v=0.1m/s 时芯片表面温度分布曲线
图8 v=0.4m/s 时的芯片表面温度分布曲线
比较图7、8，发现当有气体流过芯片表面时，加热电阻两侧温度发生变化，
加热电阻两侧0.63X10-3范围内，芯片表面温度变化较大。随着气体流速的增加，两侧的侧温电阻温度差增大。
（4）芯片电阻的设计和布局
考虑到加热功率所以取加热电阻为20Ω，测温电阻为500Ω----电阻的灵敏
度较高。由于实验室工艺的限制，最小电阻条宽取20μm ，镍薄膜电阻厚度为7000?（0.7μm ）的R 口=0.3Ω/口 (经验值)，根据电阻计算公式有：
01122R R n K n K =口（L/W++） （12）
式中：1K 为端头因子0.65；2K 为拐角因子0.5；L 为总电阻条长度（μm ）；
W 为电阻条宽度（μm ）。
a 加热电阻的设计：
取电阻值20Ω，设计时考虑到方块电阻较小，为了集中加热，而不把加热
电阻的面积做的很大，所以经过反复计算，取电阻条宽W=80μm ，电阻条间距取60μm ，由于电阻小，取两个拐角，2折长电阻条。带入公式（12）得：
20=0.3(L/80+2X0.65+0.5X2)，求得L=5149.3μm。有两折电阻条，所以每条的长度'/25149.3/22574.7
===μm，由于电阻条引入的引线等影响，取单折电条'L L L
=2500μm。
当取单折电阻条'L=2500μm，工艺中采用各向同性腐蚀，由于侧向腐蚀实际电阻条宽约78μm，此时：L=2500X2+60=5060μm，代入公式（12），则有：相应的电阻：R=0.3X(5060/78+2X0.65+2X0.5)=20.15Ω，与设计电阻阻值相近。电阻设计的合理。此时该电阻总宽度W=220μm。
b 测温电阻的设计：
取电阻值500Ω，电阻条宽取W=20μm，阻条间距取20μm，带入公式（12）得：500=0.3(L/20+2X0.65+0.5X
n)，假设有10折电阻条，则2n=18，由公式得
2
L=33127.3μm，'L=L/10=3312.73μm。由于空气垂直于电阻条的长边流动，取加热电阻和测温电阻条长相同，保证测温电阻的温度场一致。所以要使'L接近2500μm。若取12电阻条，则
n=22，由公式得L=33087.3μm，'L=L/12=2757μm。
2
'
L接近2500μm，当取'L=2500μm时，总电阻条长：L=2500X12+11X20=30220μm，假设腐蚀后，电阻条宽为18μm，相应电阻：R=0.3X(30220/18+2X0.65+22X0.5)=507.35Ω，与设计电阻的阻值相近，电阻设计的合理。此时该电阻总宽度W=460μm。
c 测环境温度电阻的设计：
取电阻值500Ω，W=20μm，阻条间距取20μm，带入公式得:500=0.3(L/20+2X0.65+0.5X
n)，该电阻只测环境温度，不需考虑加热电阻对其
2
的影响。单折电阻条可以取得长些。假设有8条电阻，则
n=14，由公式得L
2
=33167.3μm，'L=L/8=4145.9μm，若取'L=4000μm，L=4000X8+7X20=32140μm，R=0.3X(32140/20+2X0.65+14X0.5)=484.6Ω。工艺中腐蚀后电阻条宽取18μm，相应电阻：R=0.3X(32140/18+2X0.65+14X0.5)=538.1Ω。较所需电阻值偏大。若取
'
L=3800，L=3800X8+7X20=30540μm，则R=0.3X(30540/18+2X0.65+14X0.5)=511.5Ω，与设计电阻的阻值相近。电阻设计的合理。此时该电阻总宽度W=300μm。
知道了每一个电阻条的长、宽和形状结构是画出电阻的版图的基础。在电阻条的布局上，通过有限元分析气体流量与芯片表面的温度，发现在加热电阻两侧0.63x10-3m的范围内，芯片表面温度变化较大，另外考虑测温电阻条本身的宽度W=460μm，保证电阻条在较稳定的温度条件下，所以取加热电阻和测温电阻的距离为100μm。为了减少引线带来的附加电阻，加大引线的宽度，加热电阻的引线宽取100μm，测温电阻引线都取40μm。压焊点取0.5X.05mm2，边框与电阻条、压焊点间距不小于0.1mm，加热电阻和测温电阻距左边框2mm，尽量将加热部分置于整个芯片的中问部位。环境测温电阻和测温电阻尽量离的远一些，以减少加热电阻对其的影响。整个芯片面积为9x7mm2，四周留有0.5mm的边距。根据以上条件，在L-edit中绘制热敏电阻的掩膜版图，如图9所示。
为了减少加热电阻在硅片纵向的热传导，在硅片背面腐蚀出硅杯，硅杯边缘与测温电阻间距为0.15mm。L-edit中绘制硅杯掩膜版图，如图10所示。
图9 传感器热敏电阻图形掩模板图10 传感器硅杯掩模板
3传感器敏感芯片的制备
选用4英寸双面抛光n型(100)硅片作为衬底材料，硅片的厚度为400μm。制作热膜式气体质量流量传感器的主要工艺过程如图11所示：
图11 传感器芯片制作工艺过程
（1） 二氧化硅薄膜的制备
氧化的目的是在硅片的表面形成氧化层，作为腐蚀的掩蔽膜，制备二氧化硅
的方法主要有热氧化法、烷氧基硫硅烷热分解淀积法和低温氧化法，其中最常用的方法为热氧化法[14]。热氧化生成二氧化硅薄膜主要有三种方法。
a 水蒸气氧化：反应方程是900120022222C Si H O Si O H ?+????→+↑ ，水汽氧化的生
长速率较快，但容易生成各种氧化缺陷，所以采用者较少。
b 干氧和湿氧氧化：反应方程是900
120022C Si O Si O ?+????→ ，由于氧分子在二氧化硅中的扩散作用较小，所以生长较慢，但干氧生成的二氧化硅层结构比较紧密。湿氧氧化是将干氧先通过一个水浴(温度为95℃)，再进入氧化炉。湿氧氧化具有干氧氧化结构均匀致密和水汽氧化速率快的优点，同时质量较好，是较为常用的方法。氧化层厚度可以由下式表示：2x ct =，x 为氧化膜的厚度，c 为氧化速率，t 为氧化时间。一般情况下有值：
对于湿氧(1200C ?，水温100C ?)，c =136x10-4μm/min ；
对于干氧(1200C ?)。c =6.5x10-4μm/min 。
（2） 溅射镍薄膜
在二氧化硅表面形成镍金属薄膜作为热敏电阻，厚度7000?。采用溅射工艺，
是为了保证金属层的致密和平整。
（3） 光刻电阻条
在硅片表面，涂上一层光致抗蚀剂(光刻胶)，通过曝光的方法形成一定图形的掩蔽膜，而后经过腐蚀去胶得到所设计的电阻条图形。光刻电阻条的过程如下：a 涂胶：将硅片放在旋转圆盘上甩胶，旋转速度根据旋涂厚度而定，一般约为1000---3000r/min。当圆盘旋转时，硅片表面多余的胶向四周飞溅，剩余在表面的胶就比较均匀分布。
b 前烘：把涂好胶的硅片放在80℃的烘箱中烘20分钟，其作用是使胶膜干燥，并能同氧化层更紧密接触，这样可防止钻蚀，而且显影时间比较稳定。但前烘温度不能过高，时间也不宜过长，否则会使胶膜发生聚合，光刻时就会使图形不清。
c 曝光：根据所需刻蚀的图形，选择预先准备好的热敏电阻掩膜版，放在光刻机上，并把经过涂胶和前烘的硅片放在掩膜版下，对准后将硅片同掩膜版贴紧，用高压汞灯进行曝光。曝光是光刻过程中比较关键的环节。
d 显影：显影是把经过曝光以后的硅片放入有机溶剂中，使感光的这部分胶溶解掉。显影后的硅片必须进行认真的检查，这是保证光刻质量的一道重要关口。
e 坚膜：经过显影后合格的硅片就可以去坚膜。坚膜是把硅片放入120o C的烘箱中烘30分钟。坚膜的作用是增强胶的抗蚀能力，因为显影时一方面把感光的胶膜溶解掉，另一方面显影液也使未感光的胶膜变软，因此必须通过坚膜使胶膜受热后一步聚合，以增强抗蚀能力。
f 腐蚀：为了得到镍电阻，就要腐蚀掉多余的镍。腐蚀的时候没有光刻胶保护的镍被镍腐蚀液腐蚀掉，留下光刻胶保护的部分就是所要的镍电阻。腐蚀后的硅片纵向剖面图如图12：
图12 腐蚀电阻后的硅片纵向剖面图
g 去胶及检查：用显影液浸泡硅片约1小时，再用棉花蘸显影液按照一定的顺序
轻擦硅片表面来去处剩余在硅片上的光刻胶。处理完后将其放在显微镜下进行检查。
（4） 芯片热处理
在镍薄膜温度电阻制作好之后，需对其进行退火处理。，这样可以提高膜层与基片的附着力，改善膜层结构，增强薄膜的稳定性。经溅射形成的薄膜内存在大量的缺陷和不整齐的晶格以及引入一定量的气体杂质，使电阻温度系数很小，一般在1000--2500ppm/℃，热处理实际上是消除气体杂质，消除晶格缺陷，形成整齐紧密结构的过程，使薄膜的温度系数恢复到设计值。根据灵敏度的公式：0
00t R R dR
S aR dT t t -=≈=-，[15]可以知道，提高薄膜的温度系数还可以提高芯片电阻
的灵敏度。
（5） 腐蚀硅杯
采用硅的各项异性腐蚀，腐蚀出所需要的硅杯微结构。利用（3）的方法形成所设计的掩膜图形。一般用KOH 作为腐蚀剂，反应的化学方程式为: KOH+H 2O=K ++2OH -+H +，Si+2OH -+2H 2O=Si 2O (OH)-22+H 2。腐蚀示意图如图13所示。
图13 硅在各向异性腐蚀剂中腐蚀后的示意图
（6） 划片与键合
将热处理后的整片芯片划分成单元芯片，然后挑选完好的单元芯片，通过键合引线连接到PCB 板上，以便进行后续的工作。
4 结束语
设计当中可能还存在很多问题，需要在加工中根据实际工艺和设计的参数做相应的调整，以期望达到原本的设计目标。
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质量流量计
质量流量计 一、概述 H-300系列质量流量计是我公司自主研发并引进国外先进技术，依据科里奥利力原理研发的一款新型的流量测量仪表，直接获得各种介质在复杂环境条件下精确地流量值和密度值，不需要经过中间参数的转换，避免因中间转换产生的测量误差，从而实现精准测量. 二、测量原理 在一个处于旋转系内的质点作离开和朝向旋转中心的运动时，会产生一惯性力。当质量为(δm的质点以匀速u在一个围绕旋转轴P以角速度ω旋转的管道内轴向移动时，这个质点会获得两个加速度分量： (1)法向加速度ar（向心加速度)，其值等于ω2r，方向指向P轴。 (2)切向加速度at(科里奥利加速度)，其值等于2ωu，方向与ar垂直，正方向符合右手定则。 为了使质点具有科里奥利加速度at，需在at的方向上加一个大小等于2ωuδm的力，这个力来自管道壁面。反作用于管道壁面上的力就是流体施加在管道上的科里奥利力Fc。 方向与αt相反。 在过程工业应用中，要使流体通过的管道围绕P轴以角速度ω旋转显然是不切合实际的。这也是早期的质量流量计始终未能走出实验室的根本原因。经过几十年的探索，人们终于发现，使管道绕P轴以一定频率上下振动，也能使管道受到科里奥利力的作用。而且，当充满流体的管道以等于或接近于其自振频率振动时，维持管道振动所需的驱动力是很小的。从而从根本上解决了CMF的结构问题。为CMF的迅速商用化打下了基础。
三、标定系统 拥有国内领先的标定系统——精度达到0.03%
注：标定系统的关键部件全部采用原装进口最优设备： 1、称重仪表——梅特勒托利多公司最高精度电子称，保证检定精度； 2、水泵——格兰富变频控制水泵，保证流速稳定。 标定系统青岛澳威其他厂家 检定精度0.03%0.05% 最高流速10m/s7~8m/s 四、与精度有关的技术指标 质量流量计测量 技术特点： 智能型，背景光显示，直接测量液体、气体质量流量，可选瞬时、累积、介质密度及温度值。技术数据： 测量管径：DN15~DN250 测量精度：±0.2% 流速范围：0~21t/h至0~1500t/h
气体质量流量计控制器知识
气体质量流量计控制器知识 气体质量流量控制器（MFC）与气体质量流量计（MFM），MFC是带有控制气体质量流量的装置，而MFM 是不具有控制气体质量流量功能的装置。 首先区分一下 MFC为Mass Flow Controller的缩写，即质量流量控制。流体在旋转的管内流动时会对管壁产生一个力，它是科里奥利在1832年研究水轮机时发现的，简称科氏力。质量流量计以科氏力为基础，在传感器内部有两根平行的T型振管，中部装有驱动线圈，两端装有拾振线圈，变送器提供的激励电压加到驱动线圈上时，振动管作往复周期振动，工业过程的流体介质流经传感器的振动管，就会在振管上产生科氏力效应，使两根振管扭转振动，安装在振管两端的拾振线圈将产生相位不同的两组信号，这两个信号差与流经传感器的流体质量流量成比例关系。计算机解算出流经振管的质量流量。不同的介质流经传感器时，振管的主振频率不同，据此解算出介质密度。安装在传感器器振管上的铂电阻可间接测量介质的温度。 质量流量计直接测量通过流量计的介质的质量流量,还可测量介质的密度及间接测量介质的温度。由于变送器是以单片机为核心的智能仪表，因此可根据上述三个基本量而导出十几种参数供用户使用。质量流量计组态灵活，功能强大,性能价格比高，是新一代流量仪表。 测量管道内质量流量的流量测量仪表。在被测流体处于压力、温度等参数变化很大的条件下，若仅测量体积流量，则会因为流体密度的变化带来很大的测量误差。在容积式和差压式流量计中，被测流体的密度可能变化30%，这会使流量产生30～40%的误差。随着自动化水平的提高，许多生产过程都对流量测量提出了新的要求。化学反应过程是受原料的质量(而不是体积)控制的。蒸气、空气流的加热、冷却效应也是与质量流量成比例的。产品质量的严格控制、精确的成本核算、飞机和导弹的燃料量控制，也都需要精确的质量流量测量。因此质量流量计是一种重要的流量测量仪表。 质量流量计可分为两类：一类是直接式，即直接输出质量流量；另一类为间接式或推导式，如应用超声流量计和密度计组合，对它们的输出再进行乘法运算以得出质量流量。 直接式质量流量计 直接式质量流量计有多种类型，如量热式、角动量式、陀螺式和双叶轮式等。 (1) 主要参数: 质量流量精度: ±0.002×流量±零点漂移 密度测量精度: ±0.003g/cm3 密度测量范围: 0.5~1.5g/cm3 温度测量范围: ±1°C (2) 传感器相关数据: 环境温度: －40~60°C
热式质量流量计工作原理与常见问题分析
热式质量流量计工作原理与常见问题分析 【摘要】介绍了热式质量流量计的工作原理与特点，同时分析了流量计在使用过程中经常出现的故障及处理方法，最后对日常维护做了简要说明。 【关键词】热式质量流量计；工作原理；常见故障；处理方法；日常维护 引言 热式质量流量计在传统化工企业中不多常用，但在聚甲醛精细化工企业中，由于使用化工原料三氟化硼，因三氟化硼是剧毒腐蚀性化学品，作为三聚甲醛反应过程的催化剂，使用量很小，而且要求测量准确、调节精密，常规流量仪表无法达到三氟化硼的测量要求，从而采用专用流量计--三氟化硼热式质量流量计实现测量调节，以达到工艺装置生产的要求。本文适用于聚甲醛化工企业中在线使用的SLAMF50SH1CD1K2A1K411AA热式质量流量计（品牌BROOKS），其他同类型仪表可参照使用。 1 工作原理 热式气体质量流量计是利用热扩散原理测量气体流量的仪表。传感器由两个基准级热电阻（RTD）组成。一个是速度传感器RH，一个是测量气体温度变化的温度传感器RMG。当这两个RTD置于被测气体中时，其中传感器RH被加热，另一个传感器RMG用于感应被测气体温度。随着气体流速的增加，气流带走更多热量，传感器RH的温度下降。 根据热效应的金氏定律，加热功率P、温度差△T（TRH-TRMG）与质量流量Q有确定的数学关系式。P/△T=K1+K2 f（Q）K3 K1、K2、K3是与气体物理性质有关的常数。热式气体质量流量计独特的温度差测量方式克服了采用恒温差原理的热式气体质量流量计测量煤气流量时因煤气中含水、油和杂质而造成的很大的零点漂移，导致无法测量的弊端。 2 常见故障及处理方法 2.1 故障：流量计工作不稳定；处理方法：保证流量计前压力稳定，投运方法正确。 投运流量计时做到流量计前的平稳，不能直接开钢瓶减压阀代替流量计前手阀。在更换钢瓶或切换流量计时，要关闭流量计前手阀，待压力稳定在操作压力0.7Mpa以下，慢慢打开手阀。突然的流量涌动会造成器件损坏。更换钢瓶或切换流量计时由工艺人员和仪表人员共同完成，相互督促。切忌用压缩空气对管线进行吹扫。 2.2 故障：流量计堵塞；处理方法：流量计前的过滤器及流量计需要定期清
MEMS质量流量传感器
AFS02型MEMS 质量流量传感器 AFS02型气体质量流量传感器采用先进的MEMS （微机电系统）流量传感技术，响应快，功耗低，量程范围宽，无须温度压力补偿，为医疗呼吸机、麻醉机等应用（气路接口符合ISO5356规范），易安装，替代传统的压差式流量传感器，满足各类气体的测量和过程控制应用。 典型性能指标 产品型号 AFS02A AFS02D 单位 流量范围 0~100/0~200/0~300 0~100/0~200/0~300 SLPM 量程比 >1:100 >1:100 精度 ±(1.5±0.2FS) ±(1.5±0.2FS) % 重复性 ±0.75 ±0.75 % 零位输出 0.5±0.05 V 可配置，默认2500 零位输出温度漂移 <10mV 已补偿 响应时间 10 10 ms 工作电压 DC 3.6~5.5 DC 3.6~5.5 V 工作电流 <2.75 <5 mA 待机电流 <5 <30 uA 输出方式 模拟电压输出, 0~3.3V 数字输出， SPI/UART(TTL) 最大流量压损 <1.5 <1.5 KPa 工作压力 <0.25 <0.25 MPa 工作湿度 <95%RH,无结冰、结露 气路接口 ISO 5356 15mm 圆锥接头 工作温度 -10~50 ℃ 储存温度 -40~85 ℃ 校准方式 N2，20℃，101.25kPa 重量 <30g 典型特性曲线： AFS02A-200 AFS02D-200 接线定义 AFS02A
AFS02D 型 安装尺寸 其它事项 1、AFS02型气体质量流量传感器能敏感双向气体流量，为了充分利用其量程范围，通过电路上限制其主要敏感单向气体流量，气体流动方向同传感器壳体侧面标注箭头；可根据需要开放为双向流量传感器。 2、可据用户要求定制封装和提供标定服务。
空气流量传感器原理
空气流量传感器原理 车用空气流量传感器（或称空气流量计）是用来直接或间接检测进入发动机气缸空气量大小，并将检测结果转变成电信号输入电子控制单元ECU。电子控制汽油喷射发动机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度的混合气，必须正确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量，以此作为ECU计算(控制)喷油量的主要依据。如果空气流量传感器或线路出现故障，ECU得不到正确的进气量信号，就不能正常地进行喷油量的控制，将造成混合气过浓或过稀，使发动机运转不正常。电子控制汽油喷射系统的空气流量传感器有多种型式，目前常见的空气流量传感器按其结构型式可分为翼片(叶片)式、卡尔曼涡流式、热膜式等几种。 1、翼片式空气流量传感器 图9-9是翼片式空气流量计工作原理图，该空气流量传感器在主进气道内安装有一个可绕轴旋转的翼片。在发动机工作时，空气经空气滤清器过滤清器过滤后进入空气流量传感器并推动翼片旋转，使其开启。翼片开启角度由进气量产生的推力大小和安装在翼片轴上复位弹簧弹力的平衡情况决定。当驾驶员操纵加速踏板来改变节气门开度时，进气量增大，进气气流对翼片的推力也增大，这时翼片开启的角度也增大。在翼片轴上安装有一个与翼片同轴旋转的电位计，这样在电位计上滑片的电阻的变化转变成电压信号。 当空气量增大时，其端子VC和VS之间的电阻值减小，两端子之间输出的信号电压降低；当进气量减小时，进气气流对翼片的推力减小，推力克服弹簧弹力使翼片偏转的角度也减小，端子VC与VS之间的电阻值增大，使两端子间输 图9-9 翼片式空气流量计工作原理 出的信号电压升高。ECU通过变化的信号电压控制发动机的喷油和点火时间。2、卡曼涡旋式空气流量传感器 为了克服动片式空气流量传感器的缺点，即在保证测量精度的前提下，扩展测量范围、并且取消滑动触点，人们又开发出小型轻巧的空气流量传感器，即卡曼涡旋式空气流量传感器。野外的架空电线被风吹时会嗡嗡发出声响，风速越高声音频率越高，这是因气流流过电线后形成涡旋所致，液体、气体等流体中均会发生这种现象，利用这一现象可以制成涡旋式流量传感器。在管道里设置柱状物，使流体流过柱状物之后形成两列涡旋，根据涡旋出现的
热式质量流量计原理与概述
热式质量流量计原理及概述 2010-5-31 瑞特仪表编辑：东升 热式质量流量计（以下简称TME）是利用传热原理，即流动中的流体与热源（流体中加热的物体或测量管外加热体）之间热量交换关系来测量流量的仪表，过去我国习称量热式流量计。当前主要用于测量气体。 20世纪90年代初期，世界围TMF销售金额约占流量仪表的8%，约4.5万台。国90年代中期销售量估计每年1000台左右。过去流程工业用仪表主要是热分布式，近几年才开发热散（或冷却）效应式。 1. 原理和结构 热式流量仪表用得最多有两类，即1）利用流动流体传递热量改变测量管壁温度分布的热传导分布效应的热分布式流量计（thenmaI prohIe fIowmeter）曾称量热式TMF;2)利用热消散（冷却）效应的金氏定律（King s Iaw）TMF。又由于结构上检测元件伸入测量管，也称浸入型（immersion type ）或侵入型（intrusion type）。有些在使用时从管外插入工艺管的仪表称作插入式（insertion type）。 热分布式TMF的工作原理如图1所示，薄壁测量 管3外壁绕着两组兼作加热器和检测元件的绕组 2，组成惠斯登电桥，由恒流电源5供给恒定热量， 通过线圈绝缘层、管壁、流体边界层传导热量给 管流体。边界层热的传递可以看作热传导方式实 现的。在流量为零时，测量管上的温度分布如图 下部虚线所示，相对于测量管中心的上下游是对 称的，由线圈和电阻组成的电桥处于平衡状态； 当流体流动时，流体将上游的部分热量带给下游， 导致温度分布变化如实线所示，由电桥测出两组 线圈电阻值的变化，求得两组线圈平均温度差 ΔT。便可按下式导出质量流量qm，即 （1） 式中 cp -------被测气体的定压比热容； A -------测量管绕组（即加热系统）与周围环境热交换系统之间的热传导系数； 在总的热传导系数A中，因测量管壁很薄且具有相对较高热导率，仪 表制成后其值不变，因此A的变化可简化认为主要是流体边界层热导 率的变化。当使用于某一特定围的流体时，则A、cp均视为常量，则 质量流量仅与绕组平均温度差成正比，如图2 Oa 段所示。 Oa段为仪 表正常测量围，仪表出口处流体不带走热量，或者说带走热量极微；
气体流量传感器的数据处理技术
气体流量传感器的数据处理技术 气体流量传感器可直接测量介质的流量，其测量结构不受被测介质温度、压力、密度、黏度变化的影响，虽然对外界振动较敏感，但对流体分布不敏感。 气体流量传感器的数据处理技术，气体流量传感器的数据处理技术提供了一个“通往处理的窗户”，当浏览这个窗户时，首先集中在测量管振动频率附近的信号上。实际上，有意地抛弃了其余的信息，很可能正是隐藏在这些“无用的”数据里的信息会铺平通往新的诊断技术的道路。例如，https://www.360docs.net/doc/fd14997769.html,频谱分析可能会引导我们取得在夹杂空气或团状流动流体测量上的进展，流体在测量管内壁的附着也是另一个有希望被DSP技术检测到的故障，频谱的变化也很可能被用于预测传感器的故障。 气体流量传感器的适用特点 1.测量管形式不一，常见的有以下几种。直管式：加工简单，易制造，不易启振，故管壁需薄一点，使用寿命较短；弯管式：容易启振，管壁可厚一点，气体流量传感器的机械加工复杂些，振动频率要选大一点；单管式：不用分流，零点稳定，机械加工简单，但易受外来振动影响；双管式：不受外来振动干扰，分流不均匀会造成零点变化，机械加工也复杂些。 2.信号处理技术难度大，零点易漂移，不适合低压、低密度气体测量。 3.测量管与工艺管道相对位置可以是平行的（大多数产品采用的
方式），也可以是垂直的。但是只要流量传感器不在工艺管道轴向振动平面内，流量计的抗振动干扰能力可增强。对于质量流量计的测量精度，很多产品上标注的是基本误差+零点不稳定性。仪表制造厂商将流量计精度定得很高，一般是（±0.15%~±0.5%）R。但是量程比也定得很大（100:1），仪表流量上限取得很高。因此流量计的实际测量精度不可能这样高，特别是流量计在小量程段测量流量时，很难保证仪表有高精度。 气体流量传感器虽然压力损失较大，但对各种流体适应性强、抗振干扰能力强，能够获得较高的测量精度。
热式气体质量流量计的工作原理
热式气体质量流量计的工作原理 本文主要介绍热式气体质量流量计的工作原理，安装技术规范、调试方法以及应用注意事项和ST98A流量计在滨化热力公司锅炉中的应用及常见故障处理方法。 3、质量流量计插入深度等于管内径的1/2＋12.7＋管厚。 4、接线 1）、出于安全因素的考虑，ST98特别要求220V AC电源采用三线制，其中一根接地线必须连接到流量变送器接线端子排的接地终端。 2）、因传统4～20mA的I/O产品对变频驱动设备等产生的高频噪声干扰较为敏感，且现场的电气高频噪声污染较为严重。避免仪表信号传输回路遭受干扰，对输出信号电缆采用屏蔽电缆，且屏蔽层在靠近变送器一端接地，DCS机柜一端包裹保护起来。 5、现场传感器部分按照图三、四联接
五、调试 使用ST98流量变送器提供的RJ－12通讯串口与FCI的FC88通讯器进行链接通讯。 第一、将风机负荷调节至40％，在过程连接头A处插入传感器总长度1／3，记录FC88 T状态下流量值，继续推进传感器至2／3处，记录流量值，最后全部推进，记录流量值。然后将传感器分别移至B和C点记录数据。 第二、将风机负荷调节至60％，在过程连接头A处插入传感器总长度1／3，记录FC88 T状态下流量值，继续推进传感器至2／3处，记录流量值，最后全部推进，记录流量值，然后将传感器分别移至B和C点记录数据。 第三、将风机负荷调节至80％，在过程连接头A处插入传感器总长度1／3，记录FC88 T状态下流量值，继续推进传感器至2／3处，记录流量值，最后全部推进，记录流量值。然后将传感器分别移至B和C点记录数据。把3个不同负荷下的9个数据相加除9，既为不同负荷下瞬时流量值。 示例：负荷40％点 A位置三个数据分别为：365NCMH、500 NCMH、700 NCMH。B位置三个数据分别为：200 NCMH、600 N CMH、900 NCMH， C位置三个数据分别为：800 NCMH、900 NCMH、1000 NCMH，9个数据相加，计算平均值是663 NCMH，这就是此管道的瞬时流量值，最佳安装点是A3或B2 。若安装在A3点，K系数为663除以7 00所得值0.947。若安装在B2点, K系数为663除以600所得值为1.105。三种不同负荷状态下数据计算，可寻出最佳的安装位置以及流场分布点，便于减小误差。 六、菜单控制和结构 1、大部分条目需要敲至少两个键：一个字母加[ENTER]键，或一个或多个数字加[ENTER]键。 2、所以有的用户条目由输入模式（input Mode）?<提示开始，只是当设备处于主功能模式下（这时需按[EN TER]选择条目）时除外。 3、 Y/N表示是（Y），保存或者改变参数，或否（N），不要保存或改变参数。 4、使用backspace（后退一格）[BKSP]键可以退后。 常用菜单选项表
气体流量传感器选型介绍
气体流量传感器可能之前不是很了解，其实它也气体流量传感器的一种。气体检测仪所用的传感器是气体流量传感器的一种，气体流量传感器是一种将气体的成份、浓度等信息，有效转换为可以被人员、仪器仪表、计算机等利用的信息的装置。那么，我们应该如何更好地选择气体检流量传感器呢？ 首先要流量传感器的线性范围气体流量传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。气体流量传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择气体流量传感器时，当气体流量传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何流量传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的气体流量传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。然后再确定气体检测仪传感器的类型气体流量传感器的类型应根据测试气体对象与使用环境来综合考虑。在进行具体测量工作之前，我们首先要考虑可燃气体检测仪应采用何种原理的气体流量传感器，这需要综合考虑多方面的因素之后才能确定。 因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的气体流量传感器可供选用，哪一种原理的气体流量传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑。建议可以从气体检测仪的量程大小；信号的传递方法（有线或是非接触测量）；被测位置对传感器体积要求；传感器产地（国产或进口）；价格合适以及测量方式https://www.360docs.net/doc/fd14997769.html,（接触式或非接触式）等六个方面来选用何种类型的传感器。谨记着两点还是很重要的，至少能帮助你在选择气体流量传感器中起到一定的作用，希望能帮助即将要购买气体流量传感器的朋友们！！
热式质量流量计原理及概述
精品整理 热式质量流量计原理及概述 编辑：潘东升江苏瑞特仪表有限公司2010-5-31 ）是利用传热原理，即流动中的流体与热源（流体中加热的物体或测量管外TME 热式质量流量计（以下简称 加热体）之间热量交换关系来测量流量的仪表，过去我国习称量热式流量计。当前主要用于测量气体。年代中期销售量估万台。国内90销售金额约占流量仪表的8%，约4.590 20世纪年代初期，世界范围TMF 台左右。过去流程工业用仪表主要是热分布式，近几年才开发热散（或冷却）效应式。计每年1000 1. 原理和结构利用流动流体传递热量改变测量管壁温度分布的热传导分布效应的热分布式1）热式流量仪表用得最多有两类，即。TMF（效应的金氏定律King s Iaw）thenmaI prohIe fIowmeter）曾称量热式TMF;2)利用热消散（冷却）（流量计）。有些在使用intrusion type又由于结构上检测元件伸入测量管内，也称浸入型（immersion type ）或侵入型（）。时从管外插入工艺管内的仪表称作插入式（insertion type TMF 热分布式1.1 ）（1cp -------被测气体的定压比热容；式中A -------测量管绕组（即加热系统）与周围环境热交换系统之间的热传导系数； K -------仪表常数。
页脚内容． 精品整理 TMF 1.2基于金氏定律的浸入型 金氏定律的热丝热散失率表述各参量间关系，如式所示。2）2（单位长度热散失率，H/L -------J/m?h; 式中--------ΔT热丝高于自由流束的平均升高温度，K；--------λ流体的热导率，J/h?m?K; cV---------定容比热容，J/kg?k;3kg/m密度，---------ρ;
气体质量流量计
流量计介绍 节流式流量计流体振动式流量计 质量流量计工作原理和特性超声波流量计种类介绍 涡轮流量计的特点与安装使用热线测速计的基本原理 涡街流量计的基本结构容积式流量仪表的工作原理 均速管流量计的现状与发展电磁流量计 电磁流量计的基本原理椭圆齿轮流量计介绍 科里奥利质量流量计的现状与未来容积式流量计的结构 涡轮流量计的工作原理与结构流量计类型 IC 卡智能水表车载气体音速喷嘴流量检定系统 智能化涡街流量测量系统热线测速计敏感元件的基本构造 质量流量计国家计量器具检定规程（流量部分） 超声波多普勒流量计测量原理涡街流量计的原理 热量表的热量计量原理及计算科里奥利质量流量计动态特性的研究 —种新颖型的流量计——气体质量流量计V型内锥式流量(VNＺ流量计） 涡轮流量计 涡轮流量计是一种速度式流量计，其结构如图12.9所示。它主要由涡轮、导流器、壳体和磁电传感器等组成,涡轮的转轴的轴承由固定在壳体上的导流器所支撑。壳体由不导磁的不锈钢制成，涡轮为导磁的不锈钢,它通常有4～８片螺旋形叶片。当流体通过流量计时，推动涡轮使其以一定的转速旋转，此转速是流
体流量的函数。而装在壳体外的非接触式磁电转速传感器输出脉冲信号的频率与涡轮的转速成正比。因此，测定传感器的输出频率即可确定流体的流量。 为了减小流体作用在涡轮上的轴向推力,采用反推力方法对轴向推力进行自动补偿。从涡轮的几何形状可以看出，当流体流过k-k截面时，流速变大而静压力下降,随着流通截面的逐渐扩大，静压力逐渐上升,收缩截面k－ｋ与k`－k`之间产生了不等的静压场。它所形成的压力差,使得作用在涡轮转子上的力（此力的轴向分力与流体的轴向推力反向)抵消一部分流体的轴向推力,从而减轻轴承的轴向负载。采用轴向推力自动补偿可以提高仪表的寿命和精确度。 流体进口处设有导向环和导向座组成的导流器，它使流体到达涡轮前先导直,避免因流体自旋而改变流体与涡轮叶片的作用角,从而保证仪表的精确度。为了进一步减小流体自旋的影响,流量计前后都应装有与它口径相同的一段直管段。一般流体进口的直管段长度为管道直径10倍以上,出口直管段长度不小于直径的５倍。 如果忽略轴承的摩擦及涡轮的功率损耗，经分析可知,通过流量计的流体流量q v与传感器输出的脉冲信号频率的关系为: （１2.7) 式中:f—输出电脉冲信号的频率，Hｚ; —仪表常数(频率—流量转换系数）。 仪表常数反映涡轮流量计的工作特性,它与流量计本身的结构、流体的性质和流体在涡轮周围的流动状态等因素有密切的关系。实验表明,只有当涡轮周围流体的流态为充分紊流状态时，值才能接近一个常数值,此时流量与涡轮的转速近似成线性关系。反之,当通过流体的流态为层流状态时，值将随流体的流量和粘度的变化而改变。虽然值是在非线性范围内,但其复现性仍然很好。因此,只要根据涡轮流量计的输出频率和流体的粘度对值作适当修正，同样可以在非线性范围内使用。 流体温度变化也影响值，流体温度升高时,流量计本身要膨胀,内径会增大,流速就会降低，因此值也就减小。反之,温度下降值增大，一般每１
热式气体质量流量计
HSB-1000热式气体质量流量计 品牌HSB型号HSB-1000系列 类型质量流量计测量范围0--120m/s（20℃，101.33KPa）（m3/h） 精度等级±1%的读数±0.5%满量程公称通径100000000（mm） 适用介质各种气体工作压力20（MPa） 工作温度530（℃） 热式气体质量流量计全称为HSB-1000系列热式气体质量流量计是运用专有流量数据模型算法；模糊理论控制温度、湿度算法；高性能智能微处理器及模数、数模转换芯片；宽量程比1000：1；大口径，低流速，压损可忽略；直接测量质量流量，无须温压补偿；低流速测量非常灵敏。直管段要求不高1-2D。 热式气体质量流量计是用于测量和控制气体质量流量的新型仪表。可应用于石油、化工、钢铁冶金、电力、轻工、医药、环保等工业部门的空气、氧气、氮气、氩气、氦气、烃类气体、天然气、煤气、烟道气的监测。 该产品可替代孔板，文丘里管、阿牛巴，涡街等流量计。其特点是可靠性高，重复性好，压损小，无可动部件，量程比宽，响应速度快，测量精度高，无须温压补偿，抗震好。特别在大管径，低流速，流量范围变化大及特小流量测量方面具有明显优势。 一、热式气体质量流量计产品应用： ◆公用工程--电、气、水处理的监控 管道的气体；通用系统；沼气；煤气；天然气；液化气；锅炉预热空气 ◆石油与天然气工业 能量交换；填井气回收；燃气计量；气体质量分析；泄露气测试；天然气测量；火炬气的监控 ◆电力行业 燃料系统中气体分配过程中的气体测量；锅炉及辅助系统中各种气体的测量；燃气炉中气体测量；氢气测量；电厂高炉的一次风、二次风的测量 ◆化学行业 烟气循环监测；采样系统中气体流量计量；引风机的气体流量计量；化肥厂氨气测量；电池工厂各种气体流量测量
热式气体质量流量传感器的研究现状
热式气体质量流量测量的研究现状 1.温度补偿的研究现状：通常热式气体流量测量的温度补偿采用温度传感器测 量温度变化，实现温度的补偿。 1997年，Amauri Oliveira提出了一种新的温度补偿方法.采用2个惠斯顿电桥电路，将2个相同的加热元件保持在不同的工作温度下，通过AD采样2个电桥的输出电压，获得了与温度无关的气体流量，从而消除了气体温度对流量测量的影响，具体测量电路为图2.6所示。 2000年，R.P.C Ferreira提出了基于单传感器的温度补偿方法，见图2.7所示。在测量电路通过控制开关的方向，使得测量电阻Rs工作在2种不同的温度下，实现但对气体流量的测量。与Amauri Oliveira的方法相比，简化了测量电路.但是在分析的过程中，认为运算放大器具有无限的带宽。 2003年，R.P.CFerreira在单传感器温度补偿方法的基础上，考虑了电路中运放带宽和偏置电压的影响，研究表明静态的特性与以前的结果一致，而动态的特性在考虑了运放的带宽后结果截然不同，说明了电路中运放的带宽对传感器的动态特性起重要的作用。 2003年，Teckjin Nam针对惠斯顿电桥温度补偿时产生的误差，提出了一种基于数学方法的热式气体流量传感器补偿方法，通过对加热电阻助的变化斜率进行修正，保证了传感器的输出不随气体温度而变化，并通过实验说明了补偿的效果。
2003年，岛田腾介等人采用了温度差修正装置实现对热分布式流量计的温度修正.该修正装置通过2个温度传感器分别测量流体的温度和管道的温度，计算出温度差，然后按照流体的流量从温度差修正表中求取流量的修正值。温 度差、流量流量与流量修正值的关系由实验获得。 2006年，山田雅通等人通过调整单元实现温度的补偿.由于有Si的铂电阻 作为传感器，因此在调整过程中，随着气体介质温度的提高，过温度变低，从而改善了热式流量计的温度特性。 2006年，中国计量学院梁国伟等对热膜气体流量计进行了实验研究，采用在惠斯顿电桥的温度补偿电阻上串联和并联电阻，使得两个桥臂电阻的比值随环境的变化曲线更加接近，实现流量测量的温度补偿，见图2.8。 2006年，哈尔滨工程大学王蒙提出了基于数据融合理论的温度补偿方法，对流量和温度同时进行测量，采用线性回归分析法建立气体流量与传感器间的关系，从而有效的消除了温度变化的影响。 2006年，上海交通大学刘金平在分析了温度变化对流量测量结果的影响后，提出了一种温度补偿方法和实现电路，具体温度偏移补偿电路见图2.9。实验结果表明，所设计的空气质量流量计在大范围环境温度变化时，具有较高精度。
LWGQ型气体涡轮流量传感器使用说明书要点
LWGQ型气体涡轮流量传感器使用说明书 1、概述 本说明书注意叙述了LWGQ气体涡轮流量计的标准技术规格、型号及其安装、操作和维修。请在使用前阅读本手册。但在手册中没有叙述用户的不同特点，也未对每一次的技术规格、结构或部件的修改作订正，因为有些修改不会对仪器的功能和操作有影响。 LWGQ气体型涡轮流量传感器（以下简称传感器）是一种精密流量测量仪表，与相应的流量积算仪表配套可用于测量液体的流量和总量。广泛用于石油、化工、冶金、科研等领域的一般气体、天然气、煤气等气体计量、控制系统。 传感器和输出放大器有多种组合（详见型号规格代码表），该传感器还可与控制室中的二次仪表或控制器相连，实现积算、传输和控制功能。 2、技术性能 传感器的公称通径、流量范围、流体温度、公称压力、环境温度、相对湿度、最大压力损失见表1，型号、规格代码表见表2。
注：1、法兰连接尺寸按JB/T 81-1994或JB/T 79-1994。 2、有*者为特殊定货 3、结构与工作原理 3.1结构 传感器的结构如图1所示，它主要由壳体、前导向架、叶轮、后导向架、压紧圈和带放大器的磁电感应转换器等组成； 3.2工作原理 当被测流体流经传感器时，传感器内的叶轮借助于流体的动能而产生旋转，叶轮即周期性地改变磁电感应系统中的磁电阻，使通过线圈的磁通量周期性地发生变化而产生电脉冲信号，经放大器放大后传送至相应的流量积算仪表，进行流量或总量的测量。 4、外形尺寸及安装 4.1外形尺寸 1、公称通径DN15~25（公称压力PN6.3Mpa 见图2，表3）
2.公称通径DN40~80，在公称压力PN1.6Mpa和PN2.5Mpa时，法兰连接尺寸DN100~200中，带括号者为公称压力PN2.5Mpa的法兰尺寸。DN250，300公称压力PN1.6Mpa。 3.一般出厂产品配公称压力PN1.6Mpa的法兰。 4.2安装 1.安装的场所 传感器应在被测气体的温度为-20~+60℃，环境相对湿度不大于95%的条件下工作。从维护方便角度考虑，应安装在容易拆换和避免配管振动或配管有应力影响的场所。考虑到对放大器的保护，应尽量避免使它受到强的热辐射和放射性的影响。同时，必须避免外界强电磁场对检测线圈的影响，如不能避免时，应在传感器的放大器上加设屏蔽罩，否则干扰将会严重影响显示仪表的工常工作。 2.安装的位置 传感器应水平安装，安装时传感器上的指示流向的箭头应与流体的流动方向相符。 3.配管要点
热式质量流量计哪家好
热式质量流量计哪家好 热式气体质量流量计是基于热扩散原理而设计的，该仪表采用恒温差法对气体进行准确测量。具有体积小、数字化程度高、安装方便，测量准确等优点。传感器部分由两个基准级铂电阻温度传感器组成，仪表工作时，一个传感器不间断地测量介质温度T1；另一个传感器自加热到高于介质温度T2，它用于感测流体流速，称为速度传感器。 该温度ΔT=T2-T1，T2>T1，当有流体流过时，由于气体分子碰撞传感器并将T2的热量带走，使T2的温度下降，若要使ΔT保持不变，就要提高T2的供电电流，气体流动速度热快，带走的热量也就越多，气体流速和增加的热量存在固定的函数关系，这就是恒温差原理。 其中ρg—流体比重（和密度相关） V—流速 K—平衡系数 Q—加热量（和比热及结构相关） ΔT—温度差 由于传感器温度比介质（环境）温度总是自动恒定高出30℃左右，所以热式气体流量 计从原理上不需要温度补偿。 热式气体质量流量计适用介质温度范围为-40-220℃。 （1）式中流体比重和密度相关
其中ρg—工况体积下的介质密度（kg/m3） ρn—标准条件下介质密度（101.325Kpa、20℃）（kg/m3） P—工况压力（kPa） T—工况温度（℃） 从（1）（2）式可以看出，流速和工况压力，气体密度，工况温度函数关系已确定。恒温差热式气体质量流量计不但不受温度影响，而且不受压力的影响，热式气体质量流量计是真正的直接式质量流量计，用户不必对压力和温度进行修正。 热式气体质量流量计具有如下技术优势： ①真正的质量流量计：对气体流量测量无需温度和压力补偿，测量方便、准确。可得到气体的质量流量或者标准体积流量。 ②宽量程比：可测量流速高至100Nm/s底至0.5Nm/s的气体，可以用于气体检漏。 ③抗震性能好使用寿命长：传感器活动部件和压力传感部件，不受震动对测量精度的影响。 ④安装维修简便：在现场条件允许的情况下，可以实现不停产安装和维护。 ⑤数字化设计：整体数字化电路测量，测量准确、维修方便。 ⑥采用RS-485通讯：或HART通讯，可以实现工厂自动化、集成化。 热式质量流量计厂家——上海有恒测控是集研发、生产、销售为一体的现代化仪器仪表制造企业，主要从事工业自动化仪器仪表的生产销售及安装成套、自动化项目的系统集成、工程服务及特殊需求定制。代表设备有涡街流量计、涡轮流量计、热式质量流量计等各类型
质量流量计工作原理的学习
质量流量计工作原理的学习 质量流量计以科氏力为基础，在传感器内部有两根平行的T型振管，中部装有驱动线圈，两端装有拾振线圈，质量流量计直接测量通过流量计的介质的质量流量，还可测量介质的密度及间接测量介质的温度。质量流量计是一种重要的流量测量仪表。质量流量计是采用感热式测量。 流体的体积是流体温度和压力的函数，它是一个因变量，而流体的质量是一个不随时间、空间温度、压力的变化而变化的量。如前所述，常用的流量计中，如孔板流量计、涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、转子流量计、超声波流量计和椭圆齿轮流量计等的流量测量值是流体的体积流量。在科学研究、生产过程控制、质量管理、经济核算和贸易交接等活动中所涉及的流体量一般多为质量。采用上述流量计仅仅测得流体的体积流量往往不能满足人们的要求，通常还需要设法获得流体的质量流量。以前只能在测量流体的温度、压力、密度和体积等参数后，通过修正、换算和补偿等方法间接地得到流体的质量。这种测量方法，中间环节多，质量流量测量的准确度难以得到保证和提高。随着现代科学技术的发展，相继出现了一些直接测量质量流量的计量方法和装置，从而推动了流量测量技术的进步。 流体的体积是流体温度、压力和密度的函数。在工业生产和科学研究中，仅测量体积流量是不够的，由于产品质量控制、物料配比测定、成本核算以及生产过程自动调节等许多应用场合的需要，还必须了解流体的质量流量。 质量流量计的测量方法，可分为间接测量和直接测量两类。间接式测量方法通过测量体积流量和流体密度经计算得出质量流量，这种方式又称为推导式；直接式测量方法则由检测元件直接检测出流体的质量流量。 1．间接式质量流量计 间接式质量流量测量方法，一般是采用体积流量计和密度计或两个不同类型的体积流量计组合，实现质量流量的测量。常见的组合方式主要有3种。 （1）节流式流量计与密度计的组合 由前述知，节流式流量计的差压信号P ?正比于2 qρ，如图1所示，密度计 v 连续测量出流体的密度ρ，将两仪表的输出信号送入运算器进行必要运算处理，即可求出质量流量为
气体流量传感器
FSG4000系列
性能指标
FSG4003 通径 最大流量 量程比 精度 重复性 零点输出漂移 输出漂移 响应时间 工作电源 输出方式 最大流量压损 最大工作压力 100 0.4 -5~+55 -20~+65 <95 可拆式软管接头 15 NPT 1/4 23 g 空气(或其他气体), 20 ℃,101.325kPa 3 1,2,5 >100:1 ±(4%±1%FS) ±2% ±30 0.2 10 8~18Vdc, 50mA 线性，模拟0.5~4.5Vdc 500 Pa MPa ℃ ℃ %RH mV %/℃ ms FSG4008 8 10,20 单位 mm SLPM
产品特点
传感器灵敏度高，有极小的始动流量 传感器芯片采用热质量流量计量，无需温度压力补 偿，保证了传感器的高精度计量 在单个芯片上实现了多传感器集成，使传感器的量 程比大大提高； 传感器的零点稳定度高 全量程高稳定性 全量程高精确度和优良的重复性 低功耗 低压损 响应时间快
工作温度 储存温度 工作湿度 机械接口 校准方式 重量
备注：1， 传感器使用前需要预热一分钟； 2， 防止损坏的最大流量变化量为：FSG4003 为 10SLPM/sec， FSG4008 为 30SLPM/sec。
安装尺寸
简介
FSG4000 系列小流量气体质量流量传感器是专门为各 类小流量气体的测量和过程控制而设计的。这一系列传 感器均采用本公司自主研发的微机电系统（MEMS）流 量传感芯片来制作，适用于各类清洁气体。独特的封装 技术使之可用于各类管径，成本低、易安装、不需要温 度压力补偿， 可替代容积式或压差式的传统流量传感器。
图一，传感桥电路
VREF
C1 R1 R2
Vu Vd
Rd
Ru
接线定义
引脚 1 2 3 引脚名称 Vout VCC GND 引脚定义 模拟输出正（+） 输入电源正（+） 电源/信号地（-）
气体流量计算公式
（1）差压式流量计 差压式流量计是以伯努利方程和流体连续性方程为依据，根据节流原理，当流体 流经节流件时（如标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、经典文丘利嘴、文丘利喷嘴等），在其前后产生压差，此差压值与该流量的平方成正比。在差压式流量计中，因标准孔板节流装置差压流量计结构简单、制造成本低、研究最充分、已标准化而得到最广泛的应用。孔板流量计理论流量计算公式为： 式中，qf为工况下的体积流量，m3/s；c为流出系数，无量钢；P =d/D,无量钢; d为工况下孔板内径，mm D为工况下上游管道内径，mm ￡为可膨胀系数，无量钢；△ P为孔板前后的差压值，Pa；P 1为工况下流体的密度，kg/m3。 对于天然气而言，在标准状态下天然气积流量的实用计算公式为: 眇=九G ?护F G￡迅号Jpi如 式中，qn为标准状态下天然气体积流量，m3/s；As为秒计量系数，视采用计量单位而定，此式As=3.1794X lO-6 ; c为流出系数；E为渐近速度系数；d为工况下孔板内径，mm FG为相对密度系数，￡为可膨胀系数；FZ为超压缩因子；FT 为流动湿度系数；pi为孔板上游侧取压孔气流绝对静压，MPa △ P为气流流经 孔板时产生的差压，Pa。 差压式流量计一般由节流装置（节流件、测量管、直管段、流动调整器、取压管路）和差压计组成，对工况变化、准确度要求高的场合则需配置压力计（传感器或变送器）、温度计（传感器或变送器）流量计算机，组分不稳定时还需要配置在线密度计（或色谱仪）等。 （2）速度式流量计 速度式流量计是以直接测量封闭管道中满管流动速度为原理的一类流量计。工业应用中主要有： ①涡轮流量计：当流体流经涡轮流量传感器时，在流体推力作用下涡轮受力旋转，其转速与管道平均流速成正比，涡轮转动周期地改变磁电转换器的磁阻值，检测线圈中的磁通随之发生周期性变化，产生周期性的电脉冲信号。在一定的流量（雷诺数）范围内，该电脉冲信号与流经涡轮流量传感器处流体的体积流量成正比。涡轮流量计的理论流量方程为： 式中n为涡轮转速；qv为体积流量；A为流体物性（密度、粘度等），涡轮结构参数（涡轮倾角、涡轮直径、流道截面积等）有关的参数；B为与涡轮顶隙、流 体流速分布有关的系数；C为与摩擦力矩有关的系数。 ②涡街流量计：在流体中安放非流线型旋涡发生体，流体在旋涡发生体两侧交 替地分离释放出两列规则的交替排列的旋涡涡街。在一定的流量（雷诺数）范围内，旋涡的分离频率与流经涡街流量传感器处流体的体积流量成正比。涡街流量计的理论流量方程
高温热式气体质量流量计资料
QE600强尔高温热式气体质量流量计技术参数： 1、测量范围：0.05 - 120m/sNm/s（标准状态为20℃，101.33KPa） 2、测量方式：管段式插入式 3、温度范围：环境温度：-40℃～+85℃ 介质温度：-30℃～+55℃ 4、准确度：±1％的读数；±0.5％满量程 5、重复性：±0.2％ 6、输出：4-20mA；RS485； 7、响应速度：小于1S 8、供电电压：24VDC±10%、220V AC 9、机械连接：不锈钢紧固件（插入式）；管段式法兰 10、探杆长度：300mm（此长度为插入式标准长度，特殊请声明）
11、探杆直径：19mm（插入式） 12、压力损失：可以忽略 13工作压力：1.6MPa；7.3MPa 14、现场显示：LCD液晶显示，可以同时显示流速，温度，瞬时，累计流量计，无需切换。 15、碳杆材质:304不锈钢、316不锈钢 16、管段材质:304不锈钢、316不锈钢 17、防护等级：IP65 18、防爆等级： ExdIICT6 QE600强尔高温热式气体质量流量计产品典型应用举例 石油化工行业：加氢催化剂系统装置（管道中H2质量流量的测量） 评注：在该测量中，采用EPI单点式气体质量流量计。使测量准确，测量范围增加，重复性好。只要终端有用气，流量计就能立刻反应出来。 环境保护行业：烟道气测量 （烟道中混合气体NOX+N2+CO2+SO2+O2等） 评注：在该测量中，可采用EPI多点式气体质量流量计。由于采用该流量计，解决了以往采用其它形式流量计测量误差大
以及探头被堵塞的弊端，同时多点式气体质量流量计，安装简便，易于清洗，免维护，计量准确。 通风系统：大管径热风测量（火力发电厂一次风） 评注：由于通风管道截面很大,直管段只有1D左右，要想完成一次性测量,必须使用多点式气体质量流量计,是由于介质温度较高,通常在300℃左右,采用多点式气体质量流量计,可对该温度进行补偿,安装简便,便于拆卸,便于检定和标校。 污水处理：曝气流量测量（曝气中含有杂质和水分等）评注：在该测量中，采用EPI单点式气体质量流量计。由于采用该流量计，解决了以往采用其它形式流量计测量容易损坏、量程比小和误差大的弊端，同时该气体质量流量计比较适合含水份和杂质的工况条件，测量稳定，仪表寿命长。 石油炼制：火炬气流量测量（气体中含有H2、CO、H2O等）评注：在该测量中，采用EPI单点式气体质量流量计。由于采用该流量计，解决了以往采用其它形式流量计（如超声波气体流量计）测量不容易校准和造价高、安装条件苛刻的弊端.该气体质量流量计采用标准火炬气标定，测量准确，稳定性良好，并适合在高温（300℃）高流速（200m/s）条件下的火炬气流量计量。 石油化工行业：天然气传输过程流量测量（管道中天然气质量流量的测量）