肺功能设备的MEMS热式流量传感器

收稿日期：2013－01－10呼吸机流量传感器的测量原理与维护保养陈荣，黄焕炜（中山市中医院设备科，广东中山528401）〔中图分类号〕TH777〔文献标识码〕B〔文章编号〕1002－2376（2013）04－0085－03〔摘要〕本文介绍了几种常见进口呼吸机流量传感器的测量原理与维护保养。

〔关键词〕呼吸机；流量传感器；机械通气；定标；细菌过滤器流量传感器是一种能感受流体流量并转换成可用输出信号的传感器。

传感器技术应用于临床医学，主要用来检测人体生物信号，在呼吸机上作为容量和流量的监测部件得到了广泛的应用，它的精确度决定呼吸机送气的控制精度，它的应用方便医务人员了解病人的呼吸状况，然后进行一个用药或机械通气的治疗。

从检测技术上来分，主要有如下三种。

1压差式流量传感器是通过二个测压孔和专门的孔板、流量喷嘴和文丘里管等限流装置产生与流量有关的压降，压力传感器检测压降，依据贝努利定律和质量守恒原理换算出流量，此类传感器低流量时检测曲线呈非线性，需要配置软件校正，从而将使用范围提高，结构上部分呼吸机在限流装置上还安装了限流片。

2热丝式流量传感器（或称作晶体热膜式流量传感器）是把气体流过热丝（或热膜）时的温度变化量转换为流量进行检测，热量控制系统通过增加电流保持热丝恒温，气体流速与电流产生量成比例，流量和电流是非线性关系；线性化的实现通过微处理器及软件进行，以便产生可重复性流速的分布。

3超声式流量传感器目前市场上常见的超声流量传感器有两种：时差法和多普勒法。

时差法指通过测量超声波脉冲顺流和逆流时往返于两个换能器之间的时间，来确定管道内气体流速的技术；多普勒法是通过测量超声信号从流体中运动的颗粒上反射回来的频率变化，来确定流体流速的技术。

在呼吸机中使用的超声流量传感器大多采用时差法。

时差法原理是利用超声波在流体中传播速度与在静止媒介中传播速度不同，其变化值与媒介流速有关，通过测量流动气体中超声传播速度的变化来测定流速和流量。

AMS1000 说明书气体质量流量计⚫集成质量流量与温度测量⚫重复性好⚫支持多种气体测量⚫标准Modbus-RTU通信⚫2个NPN集电极开路输出（用于上下限报警）⚫1~5V线性电压输出或4~20mA线性电流输出⚫LCD屏显示⚫9～24V DC电源供电应用范围AMS1000适用于空气、氮气、氩气、二氧化碳、氦气、氧气等干燥洁净无腐蚀性气体（易燃易爆炸气体除外）的质量流量监测。

已被广泛应用于高校科研、消防、环境监测、烟草、智慧农业、食品、医药等行业。

图1. AMS1000产品简述AMS1000是一款热式质量流量传感器，通过测量电阻变化计算被测量气体的质量流量。

传感器采用自主研发的MEMS质量流量芯片，具有直观、精准、稳定、耐高低温、线性好、响应时间短等特点。

出厂前对AMS1000的量程、精度、重复性、响应时间等均进行了严格的校准。

1.外观结构及接口定义1.1 外观结构图2展示的是AMS1000的外观结构及工作界面，包含了传感器风道和工作界面等。

工作界面包括LCD显示屏和操作按键，LCD显示的内容有流量计Modbus通信地址、气体温度、累积流量及瞬时流量。

按键包括向上、向下、DISP和MODE四个按键。

传感器风道在工作界面下方，包括进气口和出气口，且传感器上标明了气流的方向。

图2. AMS1000结构示意图1.2 设备DB9公头DB9公头的针脚定义，如图3和表1所示。

图3.DB9公头针脚示意图表1.DB9公头针脚定义针脚定义1 外部输出12 模拟输出3 RS485B4 RS485A5 电源线6 GND7 GND8 GND9 外部输出2 1.3 AMS1000引出线（DB9母头）若购买AMS1000引出线，引出线与针脚关系如图4所示。

图4.DB9引出线与针脚关系图2.AMS1000技术指标及机械参数表2. AMS1000技术指标及机械参数参数描述型号AMS1000H00 AMS1000H01 AMS1000H02 AMS1000A00 AMS1000A01 AMS1000A02 量程0~200L/min 0~20L/min 0~2L/min 0~200L/min 0~20L/min 0~2L/min精度±4%RD（2≤x≤50L/min）±2%RD（50＜x≤200L/min）±4%RD（0.2≤x≤5L/min）±2%RD（5＜x≤20L/min）±4%RD（0.02≤x≤0.5L/min）±2%RD（0.5＜x≤2L/min）±4%RD（2≤x≤50L/min）±2%RD（50＜x≤200L/min）±4%RD（0.2≤x≤5L/min）±2%RD（5＜x≤20L/min）±4%RD（0.02≤x≤0.5L/min）±2%RD（0.5＜x≤2L/min）产品重量565g 330g 565g 330g输出方式RS485、NPN集电极开路输出、1~5V线性电压输出RS485、NPN集电极开路输出、4~20mA线性电流输出重复性±1%F.S.响应时间50ms供电方式外部电源9～24V DC显示方式LCD显示屏显示单位累计流量：L（ft3×10-1）瞬时流量：L/min（CFM×10-2）最大工作压力0.8MPa标准校准气体空气（25℃，1个标准大气压）工作温度-10~+60℃引出线DB9母头数据线（非标配）功耗0.85W（典型）外壳材料PC风道材料6061铝合金3.产品主要尺寸图AMS1000H00、AMS1000A00尺寸如下图。

5VDC±10%（供通讯使用） IP66
ExdIIBT4
6
MF系 列 气 体 质 量 流 量 计
3.3 数据记录与保存
（1） 可 保存日 总 流量数 据1000条 ，实现 自 动抄表 。
（2） 可 同时选 择 每3~240分 钟 （可以 设 置）记 录 一组数 据 ，以便 分析某 段 时间的 气 体使用 情 况，保 存 内容有 ： 年，月 ， 日，时 ， 分，总 量，流 量 数据。 一 共可以 记 录2000条 数据。
避免强行旋转带来的产品损坏。管道的连接和检漏应按相应的操作规程 进行。 4. 在产品使用过程中，或在在线情形下，清洗管道或其他可能引入大量杂 质的操作将可能对产品带来损坏。 5. 在产品安装过程中，严禁实施在线电焊作业。 6. 本产品有一定的自重，安装和搬运应按操作规程进行，以免带来伤害。
1
矽 翔MEMS流 量 产 品 系 列
3
矽 翔MEMS流 量 产 品 系 列
二、产品结构与工作原理 2.1 产品结构
本 流 量 计 主 要 由 微 机 电 系 统 （MEMS） 流 量 传 感 器 部 件 、 智 能 控 制 、 显 示 及 输 出 部 件 、 测 量 管 体 、 稳流器 、 法兰及 过渡部 件 组成。 其 组成部 分 如图2-1所 示 。
目录
使用须知
1
注意事项
1
一、概述
3
二、产品结构与工作原理
4
三、产品特性参数
6
四、安装说明
7
五、仪表设置
9
六、检定
11
七、防爆安装使用要求
12
八、安全、维护及故障排除
12
九、运输及储存
13
十、开箱及检查

MEMS压力传感器姓名：唐军杰学号： 09511027班级： _09511__目录引言 (1)一、压力传感器的发展历程 (2)二、MEMS微压力传感器原理 (3)1.硅压阻式压力传感器 (3)2.硅电容式压力传感器 (4)三、MEMS微压力传感器的种类与应用范围 (5)四、MEMS微压力传感器的发展前景 (7)参考文献 (8)内容提要在整个传感器家族中，压力传感器是应用最广泛的产品之一，每年世界性的压力传感器的专利就有上百项。

微压力传感器作为微型传感器中的一种，在近几年得到了快速广泛的应用。

本文详细介绍了MEMS压力传感器的原理与应用。

［关键词］：MEMS压力传感器微型传感器微电子机械系统引言MEMS（Micro Electromechanical System，即微电子机械系统）是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。

它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。

MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。

MEMS微压力传感器可以用类似集成电路的设计技术和制造工艺，进行高精度、低成本的大批量生产，从而为消费电子和工业过程控制产品用低廉的成本大量使用MEMS传感器打开方便之门，使压力控制变得简单、易用和智能化。

传统的机械量压力传感器是基于金属弹性体受力变形，由机械量弹性变形到电量转换输出，因此它不可能如MEMS微压力传感器那样，像集成电路那么微小，而且成本也远远高于MEMS微压力传感器。

相对于传统的机械量传感器，MEMS微压力传感器的尺寸更小，最大的不超过一个厘米，相对于传统“机械”制造技术，其性价比大幅度提高。

MEMS微压力传感器一、压力传感器的发展历程现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志，而半导体传感器的发展可以分为四个阶段：（1）发明阶段（1945 - 1960 年）：这个阶段主要是以1947 年双极性晶体管的发明为标志。