空气流量传感器

质量流量控制器传感器采用微机械加工技术，实现微小流量测量，其特点是可靠性高、重复性好，压损小，无可动部件，量程比宽，响应时间较快，测量精度高，无需要温度压力补偿，广泛应用于轻工化工环保及半导体等工业部门的空气、氧气、氩气、氮气等气体的检测和控制。

工作原理：

感热式芯片技术是采用大规模集成电阻的工作，在芯片上，一个微热源及分别处于微热源上下游的温度传感器集成在采用MEMS的*工艺制作的镂空桥面上，采用这这样的桥式方式制作有利于热传导，使动态响应时间大大提高，当传感器工作时，微热源与环境温度之间保持一定的温差（通常是70℃），在芯片周围形成固定的温度场分布，如果气体是单向流动，则在气道中温度场可用下述公式来计算:

式中：气体流动方向为ｘ，速度为ｖ，ａ为扩散率。如上图（式）所示，当气体流过芯片时，将会带走热量，通过质量流量qm和电压V的对应关系来计算流体的质量流量。

产品特点：

·产品集成度高，集瞬间流量显示、累计流量显示和信号输出一体，并可实现自动调节、控制阀门

·微流量感热式传感器采用大规模集成电路生产技术和材料加工技术，使流量计的微流量测量灵敏度显著提升

·微小流量气体测量，ml/min级的微流量测控，实现微小流量测量的数字化

·单个芯片的流量特性的微处理技术，使流量计的量程范围大大提高

·机电一体化优化设计，智能化的数据处理技术，使流量计具有更好的重复性，实现了计量的准确、可靠

·结构的优化，流量计的压力损失达到*小化

·采用国际*新的传感技术，使流量计工作更稳定、可靠

·零点自校功能，测量更准确

·多种气体实际标定，全量程补偿

·快速响应、数据自动存储，配合上位机可实现网络集中管理

·规格齐全，量程范围宽，可根据用户要求单独标定

·精度等级高，满足用户高精度测量要求

·的流量计报警功能，使监控更可靠

·操作、设置界面友好、简便，可根据需要自行设定相关参数

·运用行业多，是科研院所、分析仪表行业、半导体行业、光伏行业、玻璃镀膜、石油化工行业微小气体流量控制产品升级换代的优选

技术参数：

·测量介质：各种气体（乙炔气和混合气体除外）

·测量管径：DN3，6，8，10

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

·流量测量准确度：±1.5%FS；±2.5%FS

·工作温度范围：-25℃-55℃

·工作压力范围：0.3MPa，0.6MPa，1.0MPa

·供电电源：24VDC±10%；

·输出信号：4-20mA，RS485通讯；

·环境温度：-25℃-55℃

·显示位数：瞬时流量为三位，累积流量10位。

外观尺寸：

科研中心供氧远程抄表管理系统的设计与应用：

目的:研发一套可用于计量医院各病区氧气流量的远程自动抄表管理系统。方法:采用气体质量流量计作为计量装置, 运用串口通信技术实现远程抄表, 通过后台管理软件实现临床科室用氧管理及数据分析。结果:系统实现了远程自动抄表、流量实时监测、管道泄漏或流量计失常报警、打印报表等功能。结论:该系统实现了远程集中周期自动抄表, 能够实时流量监测, 及时掌握医院用氧动态, 判断泄漏情况或流量计失常报警, 提高用氧安全性。

目前, 国内大部分医院都采用集中供氧技术, 通过管道将科研氧气直接送到床旁。由于种种原因, 尤其是技术方面的原因, 当初各医院建造集中供气设施时, 都没有安装氧气计量装置。当初我院建造集中供气设施时, 虽然已经安装氧气计量装置, 但此装置为机械流量表, 年代已久, 很多流量表已损坏无法读数, 且由于安全问题流量表安装位置较隐蔽, 不便读数。每月统计科室用氧情况时, 至少需一人全天游走科室进行人工抄表, 而后读数还需转换公式计算出用氧量, 耗费人力、物力及时间, 且易出错。这种粗放式的管理模式, 随着医院改革的深入与内部管理的日益**和精细, 已越来越不能适应现代管理的要求。由此引发的种种问题已经显露出来, 并引起各方面的关注。

我院是采用集中供氧技术早的医院之一, 目前每年医学工程科供氧中心供应液氧约1 200 t (1 t=800 m3) , 费用300万元。为落实医院增收节支, 强化成本核算管理, 经过调研论证, 设计并开发出一套中心供氧远程抄表管理系统。该系统采用气体质量流量计作为计量装置, 运用计算机串口通信技术实施远程集中自动周期抄表, 强大实用的后台管理软件完成系统通信管理、流量监测管理、数据分析等功能, 促进了医院自动化、信息化管理的进一步发展。

1 系统设计

1.1 主要功能

系统运行在Windows操作系统, 提供交互式桌面平台, 下拉式菜单设计可以帮助操作者边学边用, 口令设置可规定不同的进入级别, 无人值守时可以启动自动周期抄表功能。系统由基本设置、数据监控及分析、数据查询及备份、泄漏或流量仪失常报警4大功能模块组成。

基本设置:可进行系统参数设置, 包括系统登录密码及登录权限管理, 如添加、删除、修改等, 表信息新增、修改、删除等操作。

数据监控及分析:软件可实时监测各病区用氧的瞬时流速、累计流量等, 并能通过直方图的形式直观显示, 如图1所示。

数据查询及备份:根据实际需要可进行任意时段内数据查询, 并且数据可随时保存备份及恢复, 防止数据损坏或丢失带来的损失, 如图2所示。

泄漏或流量仪失常报警:根据瞬时流速变化可判断出是否管道泄漏, 若流量仪失常故障则无法监测数据, 软件提示“读数错误”, 从而及时排除故障, 保障管理系统安全有效。

1.2 系统构成

科研中心供氧远程抄表管理系统主要由气体流量计量系统、通信系统、计算机平台和管理软件几大部分构成。

气体流量计量系统将医院各病区用氧气体流量值通过流量传感器转化为数字信号, 通过通信系统将数字信号传送至计算机平台, 再经过管理软件进行数据分析, 从而在显示器上实现实时监测及故障报警。

1.3 关键技术

1.3.1 科研氧气计量技术

采用hualu/华陆气体质量流量仪对科研氧气进行计量。该计量仪将测量的气体质量流量转换为相应的标准状态下的气体体积流量或者标准状态下的气体质量流量, 具有精度高、寿命长、重复性好、流量量程宽、稳定可靠等特点。用测试气体质量的方法对气体进行流量测量。

气体质量流量仪由气流质量传感器和数字显示计算仪构成。

气流质量传感器采用美国微桥气流质量传感器和压力传感器。气流质量传感器是基于流过传感器气流质量带走的热量正比于其输出电压的热传输原理, 即将气流质量转换成模拟电压信号输出。压力传感器的输出电压正比于气体压力, 即将气体压力转换成模拟信号输出。气体质量和气体压力同时完成信号转换。

数字显示积算仪是将气流质量传感器输出的气流质量模拟电信号经由单片机内部的A/D转换成数字信号, 再经运算处理, 把气体质量流量转换成相对应的标准状态下的体积流量或标准状态下的质量流量, 又经数据处理运算, 分别计算出即时流量和累计流量, 送至4位和8位数码管显示。数字显示积算仪还可将压力传感器输出的气体压力模拟电信号经单片机进行A/D转换, 运算处理后将气体压力值送至3位数码管显示出来。

另外, 单片机可将相关运算处理的各种常数、系数及人工设置的即时流量的上、下限和压力上、下限等数据信息存入单片机内的EEPROM中保存。单片机还可把累计流量存入EEPROM存储器中, 累计流量的数据信息, 停电后可自动保存, 重新供电后, 这些数据信息可自动恢复。

QZL~200A气体质量流量仪主要技术指标为:流量范围:2~200 L/min;精度等级:2.0;大工作压力:1.0 MPa;大工作压降:≤500 Pa;响应时间:1 ms;输出控制信号:DC1~5 V;显示功能:8位累计流量、4位即时流量、3位压力显示;大累计气量:99 999.999 m3;通气管径:15 mm。

1.3.2 串口通信技术

串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议, 大多数计算机包含2个基于RS232的串口, 串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议, 串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。

串口通信的概念非常简单, 串口按位 (bit) 发送和接收字节。尽管比按字节 (byte) 的并行通信慢, 由于串口通信是异步的, 可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据, 很简单并且能够实现远距离通信。串口用于ASCII码字符的传输。通信使用3根线完成, 即地线、发送、接收线。串口通信重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于2个进行通行的端口, 这些参数必须匹配。

在PC机RS-232接口与hualu/华陆气体质量流量仪RS-485接口间安装485C型转换器, 从而实现远距离从气体质量流量仪采集数据传送至PC机。485C型转换器适用于发、地、收3线输出的RS-232接口与RS-485接口间的电平转换, 9芯孔接RS-232端, 双接线端子接RS-485端, 无需外部供电, RS-485转换无需外部的控制信号, 自动内部RS-485总线管理。

485C型转换器主要技术参数为:通信距离:≤500 m (9 600 bps) ;高速率:19.2 kbps;工作温度:-15~70℃;工作湿度:≤90%。

此串口通信技术已经实现, 并应用于该管理系统中, 数据传输快速可靠, 其气体质量流量仪QZL-200A通信与PC机连接示意图如图3所示。

2 系统应用

该系统采用气体质量流量仪计量各病区科研气体用量并形成数据, 通过双绞线连接至485C型转换器传输到PC机终端, 通过后台PC机管理软件实现远程集中周期自动抄表, 能够实时监测流量, 从而进行数据分析, 及时掌握医院用气动态, 判断泄漏情况或流量计失常报警。

该系统现已在我院住院部大楼安装调试成功, 实际使用表明, 系统具有以下显著特点:

(1) 氧气流量计量准确, 系统通信安全可靠。

(2) 面向医院建成大楼设计, 仅需铺设通信线路, 安装过程快捷、简便。

(3) 后台终端位于供氧中心, 方便统一管理。

(4) 无人值守, 自动抄表。

(5) 实时监控病区用氧状况, 及时发现泄露或流量计失常情况, 防止安全隐患。

(6) 实现科室每个病区的氧气使用管理, 做到了精细化管理。

(7) 数据分析提供全院用氧分布, 可根据用氧分布实时调节中心供氧压力, 降低用氧成本。

3 讨论

科研气体是医院计量管理的一个重要组成部分, 因而科研中心供氧远程抄表管理系统的可靠性极为重要。本系统在总体安装施工前做了大量的调查, 其中包括软件设计、通信线路设计、掉电保护、安全性等问题, 同时也做了大量试验, 如hualu/华陆质量流量计氧气流量特性测试、病区通信性能测试、安全性能测试等。目前, 系统已经实际安装使用, 运行状态良好, 正在积累临床实际用氧数据, 并对系统性能进行持续改进, 进一步扩大使用范围。