以更快的速度來測量氣體流量 30多年以來，采用在鋼毛細管外壁環(huán)繞線圈的測量方法，一直是質(zhì)量流量精確測量及定量給料的標準方法。一項由瑞士制造商Sensirion公司開發(fā)的新技術(shù)，將這一物理測量原理集成到一種小型的熱傳感器中，其特點是在一塊CMOS微芯片上集成了全部信號調(diào)理電路。利用此項技術(shù)，再結(jié)合專門開發(fā)的傳感器封裝，可生產(chǎn)出一種成本更低、響應(yīng)速度比以前產(chǎn)品快 10倍（150毫秒）、以及精度明顯提高（在10~100% 全刻度讀數(shù)范圍內(nèi)精度為測量值的0.8%）的流量測量系統(tǒng)
將傳感器與估值電路集成在一塊CMOS微芯片上，可確保在不產(chǎn)生噪聲同時又擁有較高測量精度的情況下，將靈敏的模擬信號放大以及量化。這種傳感器還包括用于溫度補償?shù)臏囟葌鞲衅鳌⒂糜趥鞲衅髟δ芸刂频母郊又悄芤约捌渌凸β市阅艿取?BR> 可控發(fā)熱元件安裝在壓穩(wěn)薄膜的中間位置，溫度傳感器則對稱地安裝在發(fā)熱元件朝流量方向的上、下行通路上。流過壓穩(wěn)薄膜的任何流量都會導(dǎo)致熱傳輸，并由此而產(chǎn)生出精確的可測量信號。由于薄膜所具有的低熱質(zhì)量，故傳感器可在1.7 毫秒 (1/e)的短時間內(nèi)對氣體流量變化做出迅速反應(yīng)。
片載估值電路可對產(chǎn)生出的模擬傳感器信號進行編程、高精度放大以及估值。一般地講，氣體流量傳感器可測量僅有500毫微伏的傳感電壓，而且具有長期穩(wěn)定性且不產(chǎn)生噪聲。兩個相同的集成式16位A/D變換器將流量傳感器以及其他溫度傳感器產(chǎn)生的模擬信號量化為0.7毫秒的數(shù)據(jù)包，而與輸出相連的集成及數(shù)字式20位線性化單元，則對特定非線性傳感器的每一測量數(shù)據(jù)包進行校正，同時用溫度信號來對可能產(chǎn)生的溫度效應(yīng)進行補償，然后再在一個可編程周期內(nèi)對經(jīng)過線性化校正后的數(shù)據(jù)包進行平均，即產(chǎn)生出速度極快且精度極高的傳感器信號。
精確、快捷
熱質(zhì)量流量控制器性能的決定性因素是控制速度。對于傳統(tǒng)的熱質(zhì)量流量控制器（MFC）而言，其傳感器元件一般都具有數(shù)秒鐘的反應(yīng)時間。因此，為加快好的MFC的控制速度，可在信號改變前對傳感器的反應(yīng)進行分析，并提前利用附加電路來對可能產(chǎn)生的最終值進行估計。這能產(chǎn)生量級接近一秒的更快控制速度，但要付出更高的系統(tǒng)成本及更低的控制穩(wěn)定性代價。由于CMOS質(zhì)量流量傳感器的熱反應(yīng)速度大約要快1000倍，因此可實現(xiàn)直接、且速度快很多的控制。
MFC的另一個重要特性是它的精度及基本的可再現(xiàn)性。在這一點上，信號調(diào)理電路的穩(wěn)定性及抗干擾能力以及傳感器的偏移靈活性等，顯得尤為重要。通過將傳感器元件及偏移補償估值電路對稱地集成在傳感器芯片中，CMOS氣流傳感器通常可達到小于全刻度讀數(shù)0.01%的年偏移穩(wěn)定性，以及0.8%測量值的精度。
這種高動態(tài)范圍可改變對相應(yīng)測量儀器的選擇及使用。控制器精度是用設(shè)置點百分比（%SP）、而不是用全刻度百分比（%FS）來表示，這意味著同樣的MFC可用于400 sccm（標準立方厘米）及40 sccm的不同量程，且都具有0.8%設(shè)置點的測量精度。而在以前，運用傳統(tǒng)技術(shù)的MFC要求有單獨的、針對每一量程來校準的儀器。
可靠、安全
硅芯片流量傳感器的兩個弱項是壓阻與傳感器盒（封裝）的緊密性。因此在開發(fā)流量傳感器的同時，人們也在開發(fā)一種用于電氣接觸的集成氣流通道及真空玻璃套管。玻璃套管技術(shù)已被證明是一種用于極緊密及插入封裝的最佳真空技術(shù)。現(xiàn)在，由硅芯片制成的氣體流量傳感器可以完全采用不銹鋼來密封，但只將玻璃及鍍金管腳用作密封材料。
電子儀器的可靠性基本上取決于電接觸點的數(shù)量，由不良焊點形成的電接觸可隨時間變得極不可靠。對于CMOSens傳感器而言，全部模擬信號處理都在同一塊芯片上進行，因此擁有可消除易使微弱模擬信號受噪聲影響的焊點的優(yōu)勢。 應(yīng)用
測量精度、動態(tài)范圍及高集成度，使得 CMOS 傳感器特別適用于性能與成本最重要的 OEM應(yīng)用。典型應(yīng)用包括分析儀器、過程控制設(shè)備、校準系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)應(yīng)用（例如麻醉流量計）甚至燃料電池等。
目前流量控制器中所采用的 Sensirion 公司生產(chǎn)的 CMOS 傳感器的例子包括：B焤kert公司現(xiàn)場總線控制及高端MFC、V歡tlin / Insentys公司經(jīng)濟高效的Red-y SMART 以及 Sensirion 公司的 PerformanceLine 等。
而其他特性也開辟了一些全新的應(yīng)用，CMOS 芯片的高集成度首次實現(xiàn)了能用電池來供電的系統(tǒng)。以COMPACT系列，V歡tlin/Insentys 公司生產(chǎn)出可用一塊AA鋰電池連續(xù)工作2萬小時（超過兩年）的熱質(zhì)量流量計。 局限
所有以前實現(xiàn)的CMOSens解決方案大都局限于最大10巴的工作壓強。理論上可有更高的工作壓強，但并不是經(jīng)常能這樣。傳統(tǒng)的MFC可在超過 200巴的工作壓強下使用，因此如果您需要一種可在極高工作壓強下使用的 MFC，您目前還需要依靠傳統(tǒng)的技術(shù)。
另一劣勢是帶有玻璃鈍化層的硅直接與氣體相接觸，鑒于這一原因，建議在測量極為粗糙的氣體時，使用帶不銹鋼毛細管的傳統(tǒng) MFC，而且這也適用于那些要求有光潔不銹鋼表面的高純度處理。
高性能與低系統(tǒng)成本的結(jié)合，使CMOSens技術(shù)在經(jīng)過30年的鋼毛細管熱質(zhì)量流量測量技術(shù)以后，有可能創(chuàng)造出一種全新的測量儀器。但鋼毛細管流量計在可預(yù)計的將來仍不會完全被取代。在壓強極高以及被測氣體極為粗糙的應(yīng)用中，傳統(tǒng)MFC在短期內(nèi)無疑仍為首選的氣體流量計，但如果性能或成本是最重要的因素，則CMOSens將很快成為新的標準。
Sensirion公司的PerformanceLine型流量控制器
由Sensirion 公司(www.sensirion.com) 提供的CMOSens PerformanceLine流量控制器基于全新的CMOSens技術(shù)。傳感器芯片上的高系統(tǒng)集成，與傳統(tǒng)的流量控制器相比，具有更高的性能價格比。密封于不銹鋼封裝中的傳感器，可在極為惡劣的條件下使用。PerformanceLine最重要的特性如下：
◆ 精度：設(shè)置點的0.8%（在10%至100%測量范圍內(nèi)）；
◆ 控制速度：t98 = 150 毫秒（新設(shè)置點達到2%精度所用時間）；
◆控制范圍：1:1000；
◆數(shù)字校準、線性化及溫度補償；
◆模擬接口；
◆ 針對OEM的低系統(tǒng)成本等。
 |
