气体流量传感器

1、 气体流量传感器应用广泛，极大的影响着社会各行各业的发展。如工业生产、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起着重要作用。

气体流量传感器2、 如今，气体流量传感器种类比较多，有节流式、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，使气体流量传感器的流量测量准确性受到影响。而由美国的科学家发明的插入式气体流量传感器，为流量的测量带来了一场革命，实现了直接测量流体质量流量的目的。随着科学技术的不断发展， 气体流量传感器变得体积小，低成本，稳定性好，功耗低，可被批量制造。

3、 目前，小而强的产品是当今社会急需的产品，而气体流量传感器随着科学技术的进步，越来越能满足社会的这一需要。气体流量传感器变得越来越小型化，其检测性能的提高也对社会的发展做出积极的贡献、

4、 放眼国内，很多技术还不成熟，国内市场上大部分的产品都是进口而来，在国外主要由瑞士、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气体流量传感器，并已取得了喜人的成果。但总体看来，目前市场上的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，高精度符合要求的气体流量传感器还在进一步的研发中。故气体流量传感器成为一种正常发展且具有广阔前景的新技术产品。

5、 总的来说，随着科学技术的发展，国内的气体流量传感器必能取代进口的气体流量传感器。气体流量传感器 - 分类介绍 气体流量传感器测量被测流体工作状态下的体积流量，测量原理中不涉及流体的温度、压力、密度和粘度的影响。其分类如下：

1.气体流量传感器物理量可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等气体流量传感器

2.气体流量传感器按工作原理可分为应变式、压电式、压阻式、电感式、电容式、光电式、电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等气体流量传感器。

3.气体流量传感器按输出信号的性质可分为：输出为开关量（“1”和"0”或“开”和“关”）的开关型气体流量传感器；输出为模拟型气体流量传感器；输出为脉冲或代码的数字型气体流量传感器。

4.气体流量传感器按转换能量的方式分：

1）能量转换型：如：压电式、热电偶、光电式传感器等；

2）能量控制型：如：电阻式、电感式、霍尔式等传感器以及热敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻等；

5.气体流量传感器按照工作机理可分为：

1）结构型：如：电感式、电容式传感器等；

2）物性型：如：压电式、光电式、各种半导体式传感器等；

6.气体流量传感器按输出信号的形式可分为：

1）模拟式：传感器输出为模拟电压量；

2）数字式：传感器输出为数字量，如：编码器式传感器。

气体流量传感器应用广泛，种类繁多，分类方式也多种多样。

1、气体流量传感器具有显示功能：能同时显示累积流量、瞬时流量、压力和温度

2、气体流量传感器具有通讯功能： 可以与分站的智能口进行RS485通讯，并能同时输出累积流量、瞬时流量、压力和温度。

流量传感器呼吸机应用

在呼吸机中的应用已有近30年的历史，在中高档呼吸机中被普遍使用。它 作为呼吸机气路系统的重要部件，负责将吸入和呼出的气体流量转换成电信号，送给信号处理电路完成对吸入和呼出潮气量、分钟通气量、流 速的检测和显示。

根据呼吸机功能和设计的不同，流量传感器的检测值不仅仅提供显示，还对呼吸机的控制、报警等起着决定作用，如流量传感器将测量到 的实际值馈送到电子控制部分与面板设置值比较,利用两者间的误差控制伺服阀门来调节吸入和呼出气体流量；安装在吸气系统前端的空气和氧 气流量传感器生成的信号能帮助微处理器对阀门进行控制，以提供病人所需要的氧浓度；流速和流量的检测值还直接影响到呼气与吸气时相的 切换、分钟通气量上下限的报警、流量触发灵敏度、气流实时波形和P-V-环的监测显示等等，流量传感器性能的好坏直接影响到呼吸机参数的 准确性和可靠性。

流量传感器技术革新

全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。

流量传感器发展前景

传感器市场报告显示，2008年全球传感器市场容量为506亿美元，预计2010年全球传感器市场可达600亿美元以上。调查显示，东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区，而美国、德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。就世界范围而言，传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场，占第二位的是过程控制市场，看好通讯市场前景。　一些传感器市场比如压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征。流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大，分别占到整个传感器市场的21%、19%和14%。传感器市场的主要增长来自于无线传感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微机电系统）传感器、生物传感器等新兴传感器。其中，无线传感器在2007-2010年复合年增长率预计会超过25%。

中文名称

呼吸流量传感器

英文名称

respiratory flow transducer

定　　义

能感受呼吸流量并转换成可用输出信号的传感器。

应用学科

机械工程（一级学科），传感器（二级学科），生化量传感器（三级学科）

流量传感器叶片式

叶片式空气流量传感器的结构、工作原理及检测

传统的波许L型汽油喷射系统及一些中档车型采用这种叶片式空气流量传感器。其结构如图 1所示，由空气流量计和电位计两部 分组成。空气流量计在进气通道内有一个可绕轴摆动的旋转翼片（测量片），如图 2所示，作用在轴上的卷簧可使测量片关闭进气通路。发动机工作时，进气气流经过空气流量计推动测量片偏转，使其开启。测量片开启角度的大小取决于进气气流对测量片的推力与测量片轴上卷簧弹力的平衡状况。进气量的大小由驾驶员操纵节气门来改变。进气量愈大，气流对测量片的推力愈大，测量片的开启角度也就愈大。在测量片轴上连着一个电位计，如图 3所示。电位计的滑动臂与测量片同轴同步转动，把测量片开启角度的变化（即进气量的变化）转换为电阻值的变化。电位计通过导线、连接器与ECU连接。ECU根据电位计电阻的变化量或作用在其上的电压的变化量，测得发动机的进气量，如图 4所示。

在叶片式空气流量传感器内，通常还有一电动汽油泵开关，如图 5所示。当发动机起动运转时，测量片偏转，该开关触点闭合，电动汽油泵通电运转；发动机熄火后，测量片在回转至关闭位置的同时，使电动汽油泵开关断开。此时，即使点火开关处于开启位置，电动汽油泵也不工作。

流量传感器内还有一个进气温度传感器，用于测量进气温度，为进气量作温度补偿。

叶片式空气流量传感器导线连接器一般有7个端子，如图 5中的39、36、6、9、8、7、27。但也有将电位计内部的电动汽油泵控制触点开关取消后，变为5个端子的。图 6示出了日产和丰田车用叶片式空气流量传感器导线连接器端子的“标记”。其端子“标记”一般标注在连接器的护套上。

流量传感器涡街式

涡街流量传感器主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小。仪表参数能长期稳定。涡街流量传感器采用压电应力式传感器，可靠性高，可在-20℃～ 250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号，也有数字脉冲信号输出，容易与计算机等数字系统配套使用，是一种比较先进、理想的测量仪器。

涡街流量传感器是基于卡门涡街原理研制出来的。在流体中设置三角柱型旋涡发生体，则从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡门旋涡。

设旋涡的发生频率为f，被测介质平均流速为 ，旋涡发生体迎流面宽度为d，表体通径为D，即可得到以下关系式：

f=SrU1/d=SrU/md ⑴

式中　U1--旋涡发生体两侧平均流速，m/s；

Sr--斯特劳哈尔数；

m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比

管道内体积流量qv为 　qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr ⑵

K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 ⑶

式中 K--流量计的仪表系数，脉冲数/m3（P/m3）。

由上式可以看出流量传感器的输出频率只于旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关。

流量传感器卡门涡旋式

卡门涡旋式空气流量传感器的结构和工作原理如图 11所示。在进气管道正中间设有一流线型或三角形的涡流发生器，当空气流经该涡流发生器时，在其后部的气流中会不断产生一列不对称却十分规则的被称为卡门涡流的空气涡流。

测量单位时间内旋涡数量的方法有反光镜检出式和超声波检出式两种。图 12所示是反光镜检出式卡门涡旋流量传感器，其内有一只发光二极管和一只光敏三极管。发光二极管发出的光束被一片反光镜反射到光敏三极管上，使光敏三极管导通。反光镜安装在一个很薄的金属簧片上。金属簧片在进气气流旋涡的压力作用下产生振动，其振动频率与单位时间内产生的旋涡数量相同。由于反光镜随簧片一同振动，因此被反射的光束也以相同的频率变化，致使光敏三极管也随光束以同样的频率导通、截止。ECU根据光敏三极管导通、截止的频率即可计算出进气量（图 11）。凌志LS400小轿车即用了这种型式的卡门涡旋式空气流量传感器。

图 13所示为超声波检出式卡门涡旋式空气流量传感器。在其后半部的两侧有一个超声波发射器和一个超声波接收器。在发动机运转时，超声波发射器不断地向超声波接收器发出一定频率的超声波。当超声波通过进气气流到达接收器时，由于受气流中旋涡的影响，使超声波的相位发生变化。ECU根据接收器测出的相应变化的频率，计算出单位时间内产生的旋涡的数量，从而求得空气流速和流量，然后根据该信号确定基准空气量和基准点火提前角。

流量传感器热线式

热线式空气流量传感器的基本结构由感知空气流量的白金热线（铂金属线）、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻（冷线）、控制热线电流并产生输出信号的控制线路板以及空气流量传感器的壳体等元件组成。根据白金热线在壳体内的安装部位不同，热线式空气流量传感器分为主流测量、旁通测量方式两种结构形式。图 18所示是采用主流测量方式的热线式空气流量传感器的结构图。它两端有金属防护网，取样管置于主空气通道中央，取样管由两个塑料护套和一个热线支承环构成。热线线径为70μm的白金丝（RH），布置在支承环内，其阻值随温度变化，是惠斯顿电桥电路的一个臂（图 19）。热线支承环前端的塑料护套内安装一个白金薄膜电阻器，其阻值随进气温度变化，称为温度补偿电阻（RK），是惠斯顿电桥电路的另一个臂。热线支承环后端的塑料护套上粘结着一只精密电阻（RA）。此电阻能用激光修整，也是惠斯顿电桥的一个臂。该电阻上的电压降即为热线式空气流量传感器的输出信号电压。惠斯顿电桥还有一个臂的电阻RB安装在控制线路板上。

工作原理：热线温度由混合集成电路A保持其温度与吸入空气温度相差一定值，当空气质量流量增大时，混合集成电路A使热线通过的电流加大，反之，则减小。这样，就使得通过热线RH的电流是空气质量流量的单一函数，即热线电流IH随空气质量流量增大而增大，或随其减小而减小，一般在50-120mA之间变化。