空氣流量傳感器

質量流量控制器傳感器采用微機械加工技術，實現微小流量測量，其特點是可靠性高、重復性好，壓損小，無可動部件，量程比寬，響應時間較快，測量精度高，無需要溫度壓力補償，廣泛應用于輕工化工環保及半導體等工業部門的空氣、氧氣、氬氣、氮氣等氣體的檢測和控制。

工作原理：

感熱式芯片技術是采用大規模集成電阻的工作，在芯片上，一個微熱源及分別處于微熱源上下游的溫度傳感器集成在采用MEMS的*工藝制作的鏤空橋面上，采用這這樣的橋式方式制作有利于熱傳導，使動態響應時間大大提高，當傳感器工作時，微熱源與環境溫度之間保持一定的溫差（通常是70℃），在芯片周圍形成固定的溫度場分布，如果氣體是單向流動，則在氣道中溫度場可用下述公式來計算:

式中：氣體流動方向為ｘ，速度為ｖ，ａ為擴散率。如上圖（式）所示，當氣體流過芯片時，將會帶走熱量，通過質量流量qm和電壓V的對應關系來計算流體的質量流量。

產品特點：

·產品集成度高，集瞬間流量顯示、累計流量顯示和信號輸出一體，并可實現自動調節、控制閥門

·微流量感熱式傳感器采用大規模集成電路生產技術和材料加工技術，使流量計的微流量測量靈敏度顯著提升

·微小流量氣體測量，ml/min級的微流量測控，實現微小流量測量的數字化

·單個芯片的流量特性的微處理技術，使流量計的量程范圍大大提高

·機電一體化優化設計，智能化的數據處理技術，使流量計具有更好的重復性，實現了計量的準確、可靠

·結構的優化，流量計的壓力損失達到*小化

·采用國際*新的傳感技術，使流量計工作更穩定、可靠

·零點自校功能，測量更準確

·多種氣體實際標定，全量程補償

·快速響應、數據自動存儲，配合上位機可實現網絡集中管理

·規格齊全，量程范圍寬，可根據用戶要求單獨標定

·精度等級高，滿足用戶高精度測量要求

·的流量計報警功能，使監控更可靠

·操作、設置界面友好、簡便，可根據需要自行設定相關參數

·運用行業多，是科研院所、分析儀表行業、半導體行業、光伏行業、玻璃鍍膜、石油化工行業微小氣體流量控制產品升級換代的優選

技術參數：

·測量介質：各種氣體（乙炔氣和混合氣體除外）

·測量管徑：DN3，6，8，10

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

·流量測量準確度：±1.5%FS；±2.5%FS

·工作溫度范圍：-25℃-55℃

·工作壓力范圍：0.3MPa，0.6MPa，1.0MPa

·供電電源：24VDC±10%；

·輸出信號：4-20mA，RS485通訊；

·環境溫度：-25℃-55℃

·顯示位數：瞬時流量為三位，累積流量10位。

外觀尺寸：

科研中心供氧遠程抄表管理系統的設計與應用：

目的:研發一套可用于計量醫院各病區氧氣流量的遠程自動抄表管理系統。方法:采用氣體質量流量計作為計量裝置, 運用串口通信技術實現遠程抄表, 通過后臺管理軟件實現臨床科室用氧管理及數據分析。結果:系統實現了遠程自動抄表、流量實時監測、管道泄漏或流量計失常報警、打印報表等功能。結論:該系統實現了遠程集中周期自動抄表, 能夠實時流量監測, 及時掌握醫院用氧動態, 判斷泄漏情況或流量計失常報警, 提高用氧安全性。

目前, 國內大部分醫院都采用集中供氧技術, 通過管道將科研氧氣直接送到床旁。由于種種原因, 尤其是技術方面的原因, 當初各醫院建造集中供氣設施時, 都沒有安裝氧氣計量裝置。當初我院建造集中供氣設施時, 雖然已經安裝氧氣計量裝置, 但此裝置為機械流量表, 年代已久, 很多流量表已損壞無法讀數, 且由于安全問題流量表安裝位置較隱蔽, 不便讀數。每月統計科室用氧情況時, 至少需一人全天游走科室進行人工抄表, 而后讀數還需轉換公式計算出用氧量, 耗費人力、物力及時間, 且易出錯。這種粗放式的管理模式, 隨著醫院改革的深入與內部管理的日益**和精細, 已越來越不能適應現代管理的要求。由此引發的種種問題已經顯露出來, 并引起各方面的關注。

我院是采用集中供氧技術早的醫院之一, 目前每年醫學工程科供氧中心供應液氧約1 200 t (1 t=800 m3) , 費用300萬元。為落實醫院增收節支, 強化成本核算管理, 經過調研論證, 設計并開發出一套中心供氧遠程抄表管理系統。該系統采用氣體質量流量計作為計量裝置, 運用計算機串口通信技術實施遠程集中自動周期抄表, 強大實用的后臺管理軟件完成系統通信管理、流量監測管理、數據分析等功能, 促進了醫院自動化、信息化管理的進一步發展。

1 系統設計

1.1 主要功能

系統運行在Windows操作系統, 提供交互式桌面平臺, 下拉式菜單設計可以幫助操作者邊學邊用, 口令設置可規定不同的進入級別, 無人值守時可以啟動自動周期抄表功能。系統由基本設置、數據監控及分析、數據查詢及備份、泄漏或流量儀失常報警4大功能模塊組成。

基本設置:可進行系統參數設置, 包括系統登錄密碼及登錄權限管理, 如添加、刪除、修改等, 表信息新增、修改、刪除等操作。

數據監控及分析:軟件可實時監測各病區用氧的瞬時流速、累計流量等, 并能通過直方圖的形式直觀顯示, 如圖1所示。

數據查詢及備份:根據實際需要可進行任意時段內數據查詢, 并且數據可隨時保存備份及恢復, 防止數據損壞或丟失帶來的損失, 如圖2所示。

泄漏或流量儀失常報警:根據瞬時流速變化可判斷出是否管道泄漏, 若流量儀失常故障則無法監測數據, 軟件提示“讀數錯誤”, 從而及時排除故障, 保障管理系統安全有效。

1.2 系統構成

科研中心供氧遠程抄表管理系統主要由氣體流量計量系統、通信系統、計算機平臺和管理軟件幾大部分構成。

氣體流量計量系統將醫院各病區用氧氣體流量值通過流量傳感器轉化為數字信號, 通過通信系統將數字信號傳送至計算機平臺, 再經過管理軟件進行數據分析, 從而在顯示器上實現實時監測及故障報警。

1.3 關鍵技術

1.3.1 科研氧氣計量技術

采用hualu/華陸氣體質量流量儀對科研氧氣進行計量。該計量儀將測量的氣體質量流量轉換為相應的標準狀態下的氣體體積流量或者標準狀態下的氣體質量流量, 具有精度高、壽命長、重復性好、流量量程寬、穩定可靠等特點。用測試氣體質量的方法對氣體進行流量測量。

氣體質量流量儀由氣流質量傳感器和數字顯示計算儀構成。

氣流質量傳感器采用美國微橋氣流質量傳感器和壓力傳感器。氣流質量傳感器是基于流過傳感器氣流質量帶走的熱量正比于其輸出電壓的熱傳輸原理, 即將氣流質量轉換成模擬電壓信號輸出。壓力傳感器的輸出電壓正比于氣體壓力, 即將氣體壓力轉換成模擬信號輸出。氣體質量和氣體壓力同時完成信號轉換。

數字顯示積算儀是將氣流質量傳感器輸出的氣流質量模擬電信號經由單片機內部的A/D轉換成數字信號, 再經運算處理, 把氣體質量流量轉換成相對應的標準狀態下的體積流量或標準狀態下的質量流量, 又經數據處理運算, 分別計算出即時流量和累計流量, 送至4位和8位數碼管顯示。數字顯示積算儀還可將壓力傳感器輸出的氣體壓力模擬電信號經單片機進行A/D轉換, 運算處理后將氣體壓力值送至3位數碼管顯示出來。

另外, 單片機可將相關運算處理的各種常數、系數及人工設置的即時流量的上、下限和壓力上、下限等數據信息存入單片機內的EEPROM中保存。單片機還可把累計流量存入EEPROM存儲器中, 累計流量的數據信息, 停電后可自動保存, 重新供電后, 這些數據信息可自動恢復。

QZL~200A氣體質量流量儀主要技術指標為:流量范圍:2~200 L/min;精度等級:2.0;大工作壓力:1.0 MPa;大工作壓降:≤500 Pa;響應時間:1 ms;輸出控制信號:DC1~5 V;顯示功能:8位累計流量、4位即時流量、3位壓力顯示;大累計氣量:99 999.999 m3;通氣管徑:15 mm。

1.3.2 串口通信技術

串口是計算機上一種非常通用設備通信的協議, 大多數計算機包含2個基于RS232的串口, 串口同時也是儀器儀表設備通用的通信協議, 串口通信協議也可以用于獲取遠程采集設備的數據。

串口通信的概念非常簡單, 串口按位 (bit) 發送和接收字節。盡管比按字節 (byte) 的并行通信慢, 由于串口通信是異步的, 可以在使用一根線發送數據的同時用另一根線接收數據, 很簡單并且能夠實現遠距離通信。串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成, 即地線、發送、接收線。串口通信重要的參數是波特率、數據位、停止位和奇偶校驗。對于2個進行通行的端口, 這些參數必須匹配。

在PC機RS-232接口與hualu/華陸氣體質量流量儀RS-485接口間安裝485C型轉換器, 從而實現遠距離從氣體質量流量儀采集數據傳送至PC機。485C型轉換器適用于發、地、收3線輸出的RS-232接口與RS-485接口間的電平轉換, 9芯孔接RS-232端, 雙接線端子接RS-485端, 無需外部供電, RS-485轉換無需外部的控制信號, 自動內部RS-485總線管理。

485C型轉換器主要技術參數為:通信距離:≤500 m (9 600 bps) ;高速率:19.2 kbps;工作溫度:-15~70℃;工作濕度:≤90%。

此串口通信技術已經實現, 并應用于該管理系統中, 數據傳輸快速可靠, 其氣體質量流量儀QZL-200A通信與PC機連接示意圖如圖3所示。

2 系統應用

該系統采用氣體質量流量儀計量各病區科研氣體用量并形成數據, 通過雙絞線連接至485C型轉換器傳輸到PC機終端, 通過后臺PC機管理軟件實現遠程集中周期自動抄表, 能夠實時監測流量, 從而進行數據分析, 及時掌握醫院用氣動態, 判斷泄漏情況或流量計失常報警。

該系統現已在我院住院部大樓安裝調試成功, 實際使用表明, 系統具有以下顯著特點:

(1) 氧氣流量計量準確, 系統通信安全可靠。

(2) 面向醫院建成大樓設計, 僅需鋪設通信線路, 安裝過程快捷、簡便。

(3) 后臺終端位于供氧中心, 方便統一管理。

(4) 無人值守, 自動抄表。

(5) 實時監控病區用氧狀況, 及時發現泄露或流量計失常情況, 防止安全隱患。

(6) 實現科室每個病區的氧氣使用管理, 做到了精細化管理。

(7) 數據分析提供全院用氧分布, 可根據用氧分布實時調節中心供氧壓力, 降低用氧成本。

3 討論

科研氣體是醫院計量管理的一個重要組成部分, 因而科研中心供氧遠程抄表管理系統的可靠性極為重要。本系統在總體安裝施工前做了大量的調查, 其中包括軟件設計、通信線路設計、掉電保護、安全性等問題, 同時也做了大量試驗, 如hualu/華陸質量流量計氧氣流量特性測試、病區通信性能測試、安全性能測試等。目前, 系統已經實際安裝使用, 運行狀態良好, 正在積累臨床實際用氧數據, 并對系統性能進行持續改進, 進一步擴大使用范圍。