空氣流量傳感器

質(zhì)量流量控制器傳感器采用微機(jī)械加工技術(shù)，實現(xiàn)微小流量測量，其特點是可靠性高、重復(fù)性好，壓損小，無可動部件，量程比寬，響應(yīng)時間較快，測量精度高，無需要溫度壓力補(bǔ)償，廣泛應(yīng)用于輕工化工環(huán)保及半導(dǎo)體等工業(yè)部門的空氣、氧氣、氬氣、氮氣等氣體的檢測和控制。

工作原理：

感熱式芯片技術(shù)是采用大規(guī)模集成電阻的工作，在芯片上，一個微熱源及分別處于微熱源上下游的溫度傳感器集成在采用MEMS的*工藝制作的鏤空橋面上，采用這這樣的橋式方式制作有利于熱傳導(dǎo)，使動態(tài)響應(yīng)時間大大提高，當(dāng)傳感器工作時，微熱源與環(huán)境溫度之間保持一定的溫差（通常是70℃），在芯片周圍形成固定的溫度場分布，如果氣體是單向流動，則在氣道中溫度場可用下述公式來計算:

式中：氣體流動方向為ｘ，速度為ｖ，ａ為擴(kuò)散率。如上圖（式）所示，當(dāng)氣體流過芯片時，將會帶走熱量，通過質(zhì)量流量qm和電壓V的對應(yīng)關(guān)系來計算流體的質(zhì)量流量。

產(chǎn)品特點：

·產(chǎn)品集成度高，集瞬間流量顯示、累計流量顯示和信號輸出一體，并可實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)、控制閥門

·微流量感熱式傳感器采用大規(guī)模集成電路生產(chǎn)技術(shù)和材料加工技術(shù)，使流量計的微流量測量靈敏度顯著提升

·微小流量氣體測量，ml/min級的微流量測控，實現(xiàn)微小流量測量的數(shù)字化

·單個芯片的流量特性的微處理技術(shù)，使流量計的量程范圍大大提高

·機(jī)電一體化優(yōu)化設(shè)計，智能化的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，使流量計具有更好的重復(fù)性，實現(xiàn)了計量的準(zhǔn)確、可靠

·結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，流量計的壓力損失達(dá)到*小化

·采用國際*新的傳感技術(shù)，使流量計工作更穩(wěn)定、可靠

·零點自校功能，測量更準(zhǔn)確

·多種氣體實際標(biāo)定，全量程補(bǔ)償

·快速響應(yīng)、數(shù)據(jù)自動存儲，配合上位機(jī)可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)集中管理

·規(guī)格齊全，量程范圍寬，可根據(jù)用戶要求單獨標(biāo)定

·精度等級高，滿足用戶高精度測量要求

·的流量計報警功能，使監(jiān)控更可靠

·操作、設(shè)置界面友好、簡便，可根據(jù)需要自行設(shè)定相關(guān)參數(shù)

·運(yùn)用行業(yè)多，是科研院所、分析儀表行業(yè)、半導(dǎo)體行業(yè)、光伏行業(yè)、玻璃鍍膜、石油化工行業(yè)微小氣體流量控制產(chǎn)品升級換代的優(yōu)選

技術(shù)參數(shù)：

·測量介質(zhì)：各種氣體（乙炔氣和混合氣體除外）

·測量管徑：DN3，6，8，10

·流量范圍：30，60，80，100，300，600，800，1000sccm；10，20，30，50，80，100SLPM

·流量測量準(zhǔn)確度：±1.5%FS；±2.5%FS

·工作溫度范圍：-25℃-55℃

·工作壓力范圍：0.3MPa，0.6MPa，1.0MPa

·供電電源：24VDC±10%；

·輸出信號：4-20mA，RS485通訊；

·環(huán)境溫度：-25℃-55℃

·顯示位數(shù)：瞬時流量為三位，累積流量10位。

外觀尺寸：

科研中心供氧遠(yuǎn)程抄表管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用：

目的:研發(fā)一套可用于計量醫(yī)院各病區(qū)氧氣流量的遠(yuǎn)程自動抄表管理系統(tǒng)。方法:采用氣體質(zhì)量流量計作為計量裝置, 運(yùn)用串口通信技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表, 通過后臺管理軟件實現(xiàn)臨床科室用氧管理及數(shù)據(jù)分析。結(jié)果:系統(tǒng)實現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動抄表、流量實時監(jiān)測、管道泄漏或流量計失常報警、打印報表等功能。結(jié)論:該系統(tǒng)實現(xiàn)了遠(yuǎn)程集中周期自動抄表, 能夠?qū)崟r流量監(jiān)測, 及時掌握醫(yī)院用氧動態(tài), 判斷泄漏情況或流量計失常報警, 提高用氧安全性。

目前, 國內(nèi)大部分醫(yī)院都采用集中供氧技術(shù), 通過管道將科研氧氣直接送到床旁。由于種種原因, 尤其是技術(shù)方面的原因, 當(dāng)初各醫(yī)院建造集中供氣設(shè)施時, 都沒有安裝氧氣計量裝置。當(dāng)初我院建造集中供氣設(shè)施時, 雖然已經(jīng)安裝氧氣計量裝置, 但此裝置為機(jī)械流量表, 年代已久, 很多流量表已損壞無法讀數(shù), 且由于安全問題流量表安裝位置較隱蔽, 不便讀數(shù)。每月統(tǒng)計科室用氧情況時, 至少需一人全天游走科室進(jìn)行人工抄表, 而后讀數(shù)還需轉(zhuǎn)換公式計算出用氧量, 耗費(fèi)人力、物力及時間, 且易出錯。這種粗放式的管理模式, 隨著醫(yī)院改革的深入與內(nèi)部管理的日益**和精細(xì), 已越來越不能適應(yīng)現(xiàn)代管理的要求。由此引發(fā)的種種問題已經(jīng)顯露出來, 并引起各方面的關(guān)注。

我院是采用集中供氧技術(shù)早的醫(yī)院之一, 目前每年醫(yī)學(xué)工程科供氧中心供應(yīng)液氧約1 200 t (1 t=800 m3) , 費(fèi)用300萬元。為落實醫(yī)院增收節(jié)支, 強(qiáng)化成本核算管理, 經(jīng)過調(diào)研論證, 設(shè)計并開發(fā)出一套中心供氧遠(yuǎn)程抄表管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用氣體質(zhì)量流量計作為計量裝置, 運(yùn)用計算機(jī)串口通信技術(shù)實施遠(yuǎn)程集中自動周期抄表, 強(qiáng)大實用的后臺管理軟件完成系統(tǒng)通信管理、流量監(jiān)測管理、數(shù)據(jù)分析等功能, 促進(jìn)了醫(yī)院自動化、信息化管理的進(jìn)一步發(fā)展。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 主要功能

系統(tǒng)運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng), 提供交互式桌面平臺, 下拉式菜單設(shè)計可以幫助操作者邊學(xué)邊用, 口令設(shè)置可規(guī)定不同的進(jìn)入級別, 無人值守時可以啟動自動周期抄表功能。系統(tǒng)由基本設(shè)置、數(shù)據(jù)監(jiān)控及分析、數(shù)據(jù)查詢及備份、泄漏或流量儀失常報警4大功能模塊組成。

基本設(shè)置:可進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置, 包括系統(tǒng)登錄密碼及登錄權(quán)限管理, 如添加、刪除、修改等, 表信息新增、修改、刪除等操作。

數(shù)據(jù)監(jiān)控及分析:軟件可實時監(jiān)測各病區(qū)用氧的瞬時流速、累計流量等, 并能通過直方圖的形式直觀顯示, 如圖1所示。

數(shù)據(jù)查詢及備份:根據(jù)實際需要可進(jìn)行任意時段內(nèi)數(shù)據(jù)查詢, 并且數(shù)據(jù)可隨時保存?zhèn)浞菁盎謴?fù), 防止數(shù)據(jù)損壞或丟失帶來的損失, 如圖2所示。

泄漏或流量儀失常報警:根據(jù)瞬時流速變化可判斷出是否管道泄漏, 若流量儀失常故障則無法監(jiān)測數(shù)據(jù), 軟件提示“讀數(shù)錯誤”, 從而及時排除故障, 保障管理系統(tǒng)安全有效。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

科研中心供氧遠(yuǎn)程抄表管理系統(tǒng)主要由氣體流量計量系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計算機(jī)平臺和管理軟件幾大部分構(gòu)成。

氣體流量計量系統(tǒng)將醫(yī)院各病區(qū)用氧氣體流量值通過流量傳感器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號, 通過通信系統(tǒng)將數(shù)字信號傳送至計算機(jī)平臺, 再經(jīng)過管理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析, 從而在顯示器上實現(xiàn)實時監(jiān)測及故障報警。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)

1.3.1 科研氧氣計量技術(shù)

采用hualu/華陸氣體質(zhì)量流量儀對科研氧氣進(jìn)行計量。該計量儀將測量的氣體質(zhì)量流量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體體積流量或者標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體質(zhì)量流量, 具有精度高、壽命長、重復(fù)性好、流量量程寬、穩(wěn)定可靠等特點。用測試氣體質(zhì)量的方法對氣體進(jìn)行流量測量。

氣體質(zhì)量流量儀由氣流質(zhì)量傳感器和數(shù)字顯示計算儀構(gòu)成。

氣流質(zhì)量傳感器采用美國微橋氣流質(zhì)量傳感器和壓力傳感器。氣流質(zhì)量傳感器是基于流過傳感器氣流質(zhì)量帶走的熱量正比于其輸出電壓的熱傳輸原理, 即將氣流質(zhì)量轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號輸出。壓力傳感器的輸出電壓正比于氣體壓力, 即將氣體壓力轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出。氣體質(zhì)量和氣體壓力同時完成信號轉(zhuǎn)換。

數(shù)字顯示積算儀是將氣流質(zhì)量傳感器輸出的氣流質(zhì)量模擬電信號經(jīng)由單片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號, 再經(jīng)運(yùn)算處理, 把氣體質(zhì)量流量轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量或標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的質(zhì)量流量, 又經(jīng)數(shù)據(jù)處理運(yùn)算, 分別計算出即時流量和累計流量, 送至4位和8位數(shù)碼管顯示。數(shù)字顯示積算儀還可將壓力傳感器輸出的氣體壓力模擬電信號經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換, 運(yùn)算處理后將氣體壓力值送至3位數(shù)碼管顯示出來。

另外, 單片機(jī)可將相關(guān)運(yùn)算處理的各種常數(shù)、系數(shù)及人工設(shè)置的即時流量的上、下限和壓力上、下限等數(shù)據(jù)信息存入單片機(jī)內(nèi)的EEPROM中保存。單片機(jī)還可把累計流量存入EEPROM存儲器中, 累計流量的數(shù)據(jù)信息, 停電后可自動保存, 重新供電后, 這些數(shù)據(jù)信息可自動恢復(fù)。

QZL~200A氣體質(zhì)量流量儀主要技術(shù)指標(biāo)為:流量范圍:2~200 L/min;精度等級:2.0;大工作壓力:1.0 MPa;大工作壓降:≤500 Pa;響應(yīng)時間:1 ms;輸出控制信號:DC1~5 V;顯示功能:8位累計流量、4位即時流量、3位壓力顯示;大累計氣量:99 999.999 m3;通氣管徑:15 mm。

1.3.2 串口通信技術(shù)

串口是計算機(jī)上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議, 大多數(shù)計算機(jī)包含2個基于RS232的串口, 串口同時也是儀器儀表設(shè)備通用的通信協(xié)議, 串口通信協(xié)議也可以用于獲取遠(yuǎn)程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。

串口通信的概念非常簡單, 串口按位 (bit) 發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié) (byte) 的并行通信慢, 由于串口通信是異步的, 可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù), 很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成, 即地線、發(fā)送、接收線。串口通信重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗。對于2個進(jìn)行通行的端口, 這些參數(shù)必須匹配。

在PC機(jī)RS-232接口與hualu/華陸氣體質(zhì)量流量儀RS-485接口間安裝485C型轉(zhuǎn)換器, 從而實現(xiàn)遠(yuǎn)距離從氣體質(zhì)量流量儀采集數(shù)據(jù)傳送至PC機(jī)。485C型轉(zhuǎn)換器適用于發(fā)、地、收3線輸出的RS-232接口與RS-485接口間的電平轉(zhuǎn)換, 9芯孔接RS-232端, 雙接線端子接RS-485端, 無需外部供電, RS-485轉(zhuǎn)換無需外部的控制信號, 自動內(nèi)部RS-485總線管理。

485C型轉(zhuǎn)換器主要技術(shù)參數(shù)為:通信距離:≤500 m (9 600 bps) ;高速率:19.2 kbps;工作溫度:-15~70℃;工作濕度:≤90%。

此串口通信技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn), 并應(yīng)用于該管理系統(tǒng)中, 數(shù)據(jù)傳輸快速可靠, 其氣體質(zhì)量流量儀QZL-200A通信與PC機(jī)連接示意圖如圖3所示。

2 系統(tǒng)應(yīng)用

該系統(tǒng)采用氣體質(zhì)量流量儀計量各病區(qū)科研氣體用量并形成數(shù)據(jù), 通過雙絞線連接至485C型轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)絇C機(jī)終端, 通過后臺PC機(jī)管理軟件實現(xiàn)遠(yuǎn)程集中周期自動抄表, 能夠?qū)崟r監(jiān)測流量, 從而進(jìn)行數(shù)據(jù)分析, 及時掌握醫(yī)院用氣動態(tài), 判斷泄漏情況或流量計失常報警。

該系統(tǒng)現(xiàn)已在我院住院部大樓安裝調(diào)試成功, 實際使用表明, 系統(tǒng)具有以下顯著特點:

(1) 氧氣流量計量準(zhǔn)確, 系統(tǒng)通信安全可靠。

(2) 面向醫(yī)院建成大樓設(shè)計, 僅需鋪設(shè)通信線路, 安裝過程快捷、簡便。

(3) 后臺終端位于供氧中心, 方便統(tǒng)一管理。

(4) 無人值守, 自動抄表。

(5) 實時監(jiān)控病區(qū)用氧狀況, 及時發(fā)現(xiàn)泄露或流量計失常情況, 防止安全隱患。

(6) 實現(xiàn)科室每個病區(qū)的氧氣使用管理, 做到了精細(xì)化管理。

(7) 數(shù)據(jù)分析提供全院用氧分布, 可根據(jù)用氧分布實時調(diào)節(jié)中心供氧壓力, 降低用氧成本。

3 討論

科研氣體是醫(yī)院計量管理的一個重要組成部分, 因而科研中心供氧遠(yuǎn)程抄表管理系統(tǒng)的可靠性極為重要。本系統(tǒng)在總體安裝施工前做了大量的調(diào)查, 其中包括軟件設(shè)計、通信線路設(shè)計、掉電保護(hù)、安全性等問題, 同時也做了大量試驗, 如hualu/華陸質(zhì)量流量計氧氣流量特性測試、病區(qū)通信性能測試、安全性能測試等。目前, 系統(tǒng)已經(jīng)實際安裝使用, 運(yùn)行狀態(tài)良好, 正在積累臨床實際用氧數(shù)據(jù), 并對系統(tǒng)性能進(jìn)行持續(xù)改進(jìn), 進(jìn)一步擴(kuò)大使用范圍。