热式气体质量流量计的量程比研究

流量计（流量传感器）在工业过程控制，汽车电子、航空航天、生物医疗、集成电路和科学研究等方面均发挥着极其重要的作用。

由于测量原理、适应性和特性的不同，流量计的种类较多，目前应用较广泛的有：电磁流量计、差压式流量计、涡轮流量计、超声波流量计、质量流量计以及热式气体质量流量计。

热式气体质量流量计基于对流传热原理,对目标介质的质量流量进行精确测量，相比其他类型的流量计具有灵敏度高、体积小及宽量程比等特点。

随着精细化工、高端半导体等产业发展，要求流量计可以在更宽的测量范围内稳定工作，即要求流量计具有更宽的量程比，热式流量检测成为最有可能的解决方案之一。

早在上世纪末，热式气体流量计研究的诸多企业就对量程比这一关键性能指标进行了优化和改进。

如美国Kurz公司团队通过优化传感器特性，将其流量计量程比提升至1000：1，相对误差为1%。

为了进一步扩大气体流量传感器检测的范围，同时保持较高的测量精度，众多的研究者提出各种优化流量计量程比的方案。

其中，基于MEMS流量传感器芯片的热式气体质量流量计方案得益于芯片本身的高信噪比、低功耗、低成本等优势，逐步成为目前的主流方向。

N.A. Djuzhev等学者提出了一个双模式测量系统，热量模式和风速模式，开发宽量程气体流量传感器。

在低流速（流量速度变化从0.05m/s到1m/s），测定风速风向的在高流速（流量速度变化超过1m/s）来衡量流动速度在大范围从0.05m/s到5m/s，即100:1的量程比且相对误差为2%。

Kang Woong等学者提出的热电堆流量计中，对流量计的敏感区域的分布进行了研究，用以扩展测量量程。

加热器与热电堆之间的距离变化为D/H=0.3、0.5、1和2。可实现5到50L/min 的流量测试，可实现10:1的量程比且相对误差为2%。

Tianxi Zhang，等学者提出了一种利用FBG-EFPI作为温度计的基于热线效应的流量计。该流量计可实现3000:1的量程比且分辨率为10L/h。

近些年来，随着MEMS流量传感器芯片技术的逐渐成熟，其响应快（~1ms）、精度高（~0.01sccm, 标准立方厘米分钟）、可靠性高（纯固态、无可动部件）等优势异常突出，基于流量芯片的各种流量计也在计量、检漏、控制、通风等各场合获得广泛应用。





审核编辑：刘清