熱式流量芯片AFE-01在燃氣計量表中的應用

發(fā)布時(shí)間:2023-3-21 11:23    發(fā)布者:知夏微涼
關(guān)鍵詞: 熱式流量芯片 , AFE-01 , 燃氣計量表
熱式技術(shù)是一項測量氣體和液體流量的成熟技術(shù)。技術(shù)進(jìn)步和設備微型化使得該技術(shù)能大批量應用于對成本敏感的領(lǐng)域,如天然氣計量。一些研究也證實(shí)了熱式技術(shù)在惡劣環(huán)境中的長(cháng)期可靠性。另,2021年歐洲最新發(fā)布了專(zhuān)用標準(EN 17526),由此可看出熱式技術(shù)是一項經(jīng)濟、成熟、可靠的燃氣計量解決方案,全球已有六百萬(wàn)燃氣表受益于該技術(shù)。此外,該技術(shù)還具有強大的自診斷,自適應和泄漏檢測功能,可廣泛用于天然氣,氫氣混合氣體(23%)和純氫氣的檢測。
近年來(lái)電子技術(shù)(如CMOSense®MEMS)隨著(zhù)微機電系統(MEMS)技術(shù)的進(jìn)步,熱式流量測量原理已在單個(gè)硅芯片上得以實(shí)現。芯片的高度集成CMOS工藝模組微型化和大批量生產(chǎn)成為可能。及燃氣自適應技術(shù)進(jìn)步使得熱式燃氣計量技術(shù)成本大幅降低,可靠性不斷提高,成為燃氣計量應用的理想解決方案。長(cháng)期實(shí)地可靠性研究表明,熱式燃氣表的使用壽命明顯長(cháng)于一般燃氣表的設計使用年限。2021年發(fā)布的熱式燃氣計量專(zhuān)用標準對該技術(shù)的成熟度進(jìn)行了認證,并為這項久經(jīng)驗證的流量測量方法在燃氣計量行業(yè)的廣泛應用鋪平道路。除了成本低、可靠度高、結構緊湊外,熱式測量技術(shù)還具有強大的自診斷,自適應和安全性。另外,該技術(shù)還能隨時(shí)用于測量組成成分復雜的天然氣、不同濃度的天然氣-氫氣混合氣體2以及純氫氣。
在未來(lái)技術(shù)前沿——直接能量計量領(lǐng)域,熱式技術(shù)與現有解決方案相比優(yōu)勢顯著(zhù)。MEMS熱式質(zhì)量燃氣表(如上圖)是基于微機電系統技術(shù)制造,采用具有熱式質(zhì)量流量原理的流量傳感器芯片,研制出的新一代全電子智能式燃氣表,無(wú)需溫度、壓力補償即可實(shí)現燃氣流量的質(zhì)量計量。 MEMS熱式質(zhì)量燃氣表無(wú)可動(dòng)部件、響應快、超寬量程、低壓損,易維護并具有IC卡預付費和物聯(lián)網(wǎng)遠程抄表功能。隨著(zhù)天然氣的需求增加每家每戶(hù)已經(jīng)慢慢的使用上了天然氣,使用天然氣需求燃氣表去計量,MEMS熱式質(zhì)量燃氣表是目前最好的燃氣計量表。
MEMS熱式質(zhì)量燃氣表是需要熱式質(zhì)量的流量芯片去設計的,必不可少的。推薦可以采用ISWEEK公司的氣體流量傳感器AFE-01。AFE-01的流量芯片,是歐洲原始生產(chǎn)廠(chǎng)家代工的公司。開(kāi)發(fā)了裝配有流速檢測元件的MEMS流量傳感器。擁有引以為傲的高級別靈敏度,可以精確檢測達到0.001m/s的氣體流速變化。生產(chǎn)出體積只有5 mm x 3.5 mm x 0.2 mm的芯片。
其測試原理:AFE-01流量傳感器由四個(gè)鉑薄膜電阻組成,基于流速的函數,利用傳熱原理來(lái)確定流速。在無(wú)流動(dòng)的情況下,兩個(gè)電阻被同等加熱。如果出現流動(dòng),熱量從傳感器傳遞到介質(zhì),其中一個(gè)比另一個(gè)更冷,這取決于流動(dòng)的方向。如果流量增加,傳遞的熱量也會(huì )增加。通過(guò)了解熱傳遞,可以從維持恒定溫度所需的電壓補償量來(lái)確定流速。同時(shí)AFE-01流量芯片因為體積小且耐高溫(-20°C~150°C的工作環(huán)境),很好的溫度補償電路,非常適合測試燃氣中的各種氣體。
AFE-01具有以下特點(diǎn):
體積非常小,雙流向檢測、檢測小質(zhì)量物體的流動(dòng)、簡(jiǎn)單的信號處理電路和標定、完全固定的機械元件、優(yōu)異的重復性、優(yōu)異的長(cháng)期穩定性、適用于多種行業(yè)或安裝到不同外殼、最優(yōu)的性?xún)r(jià)比。如圖:
特性:測量原理:熱量原理
檢測量程:0 ... 50 m/s (以CTA模式的電路為例)
靈敏度:0.001 m/s
度:< 2%測量值(取決于電路和標定)
響應時(shí)間:T63% < 0.5 S
溫度范圍:-20…… +150 °C
電氣連接:絕緣漆包銅線(xiàn) (一般長(cháng)度25 mm)
加熱元件:RH (25°C) = 34Ω± 10%
檢測元件:Rs_i (25°C) = 425Ω±10%
參考元件:RR (25°C) = 710Ω± 10%
供電電壓:一般為 2~5 V(取決于氣體流速)

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