Датчики расхода газа

Компания Omron освоила выпуск датчиков новой серии D6F, предназначенных для измерения скорости и массового расхода газа [1, 2]. Изготовленные на базе запатентованной MEMS-технологии, датчики позволяют измерять скорость и массовый расход газа в диапазоне 1…50 л/мин. Преимуществом датчиков этой серии является более высокая, чем в большинстве подобных изделий, точность и повторяемость результатов измерения в широком диапазоне температур, в особенности при малой скорости потока газа. Так, например, нестабильность показаний большинства датчиков при измерении массового расхода газа не превышает ±0.1%, а погрешность — ±3% от полной шкалы.

ПРИНЦИП ИЗМЕРЕНИЯ

Измерительный элемент датчиков представляет собой кремниевую пластину размерами 1.55x1.55x0.4 мм с MEMS-структурой, чувствительной к скорости потока газа (рис. 1). Она содержит термоэлементы, расположенные по обеим сторонам миниатюрного нагревателя и предназначенные для измерения разности температур нагреваемого газа, возникающей при его движении в каком-либо направлении. Тонкий защитный слой изолирует поверхность пластины от действия газа.

Если газ неподвижен, то распределение температур вокруг нагревателя однородно и напряжения термоэлементов с обеих его сторон одинаковы. При движении газа один из термоэлементов охлаждается, другой нагревается. В результате возникает разностное напряжение, величина и полярность которого зависят от направления и скорости газового потока.

Рис. 1. Распределение температуры в датчике при нулевой (а) и отличной от нуля (б) скорости газа

СИСТЕМА ОТДЕЛЕНИЯ ПЫЛИ

В датчики D6F-V, D6F-W и D6F-P встроена запатентованная система отделения пыли, что позволяет использовать их для контроля производительности систем вентиляции, а также для индикации засоренности воздушных фильтров. По принципу работы система подобна пылеулавливающей установке «циклон» (рис. 2). С обеих сторон чувствительного элемента устроены две камеры, в которых создается вихревой поток воздуха. Большинство частиц пыли собирается возле стенок камеры и направляется в обход чувствительного элемента датчика. Согласно результатам моделирования система отделяет до 99.5 % сухих частиц пыли, благодаря чему высокая точность показаний датчиков сохраняется в течение всего срока их службы.

Таблица 1. Состав серии датчиков расхода газа D6F

Состав серии датчиков D6F приведен в табл. 1, пределы измерения датчиков и их габаритные размеры — в табл. 2. Напряжение питания датчика D6F-V03A1 составляет 3.3±0.15 В, датчика D6F-P — 5±0.25В, остальных датчиков — 10.8-26.4 В. Диапазон рабочих температур датчика D6F-03A3 составляет 0…50 °C, остальных датчиков -10…60 °C.

Области применения датчиков:

• в быту: счетчики расхода и датчики утечки газа, системы отопления и вентиляции, детекторы дыма и др.

• в медицине: аппаратура для искусственной вентиляции и дренажа легких, анестезии, лапароскопии, измерения концентрации СО₂ и др.

Таблица 2. Пределы измерения и габаритные размеры датчиков серии D6F

• в промышленности: контроль расхода газа в процессе производства, контроль засоренности воздушных фильтров, управление скоростью газа в газосварочных аппаратах и др.