产品介绍:SFS01流量传感器

通过热式原理实现流量测量，一般有两种实现形式：加热铂丝或者铂薄膜，并维持固定的加热温度或加热功率，通过测量温度差或注入功率，来计算流体的流速大小。该种测量方式可以覆盖比较大的测量范围，例如采用此原理设计的FS7流量传感器可以用来0-100m/s范围内的流速。

另一种我们称作量热式流量传感器，传感器元件由一个加热器和两个位于加热器旁边的温度传感器组成。两个温度传感器之间的温差与流量有关，因此通过该温差可以作为流量的参数，从而换算出最终流速大小。SFS01就是基于这样的测量原理。

我们可以想象，在没有气体流动时，被加热的气体会在加热器的两侧形成对称的热云，即温度传感器具有相同的温度，因此温差为零。当流动发生时，热云根据流动方向而向其中一侧的温度传感器产生偏移，导致两个传感器之间出现温差。直到某一点，温差随着流量的增加而增加，因此在传感器的测量范围内，流速与温差将形成单调增加的关系，从而我们可以以此计算出气体流速的大小。

Figure 2 量热式流量测量原理

但是量热式流量传感器的流速范围往往相对有限，这是由于随着风速的不断增大，两侧温度传感器的温差会在某一点后逐渐减小，而导致同一温差具有两个流速解，因此SFS01的流速测量范围为0-3.5m/s。但是这并不意味着它完全不能应用于高流速场景，在这种情况下我们往往会选择通过旁路（bypass）的方式，实现大流速的测量。许多质量流量计（MFM），经常使用量热原理与旁路的方式实现宽量程的测量。

SFS01相比于其他流量传感器的最大优势在于两点：它具有<5ms的极快响应速度，与<10mW的极低功耗，并且依然可以实现极佳的测量精度。

因此我们搭建了一个简单的测试场景，方便用户直观感受SFS01传感器可以实现的测量性能。场景中我们用到了我们专门用于评估SFS01传感器而开发的 Evakit模块，在0-200 sccm范围内可以输出经过标定的数字流量信号。

Figure 3 SFS01 Evakit

我们使用一支注射器通连接到模块的一侧，来模拟气流大小及方向的快速变化，并通过上位机软件，将流量测量值实时显示在图表当中。 得益于SFS01极佳的响应速度，实时显示的波形变化和注射器的推进过程几乎同步发生。并且在急剧变化的气流骤停后，传感器的输出也随即归回零位，没有任何拖泥带水。

Figure 4 SFS01 快速响应实验

SFS01的产品特性为流量测量应用开辟了众多新的场景。

-       仪器仪表

以质量流量控制器（MFC）为例，常规MFC会采用旁路管道外壁绕线的形式，实现量热式测量。这种封闭式的管路结构有其明显的优势：例如它很好的避免了腐蚀性气体外溢的风险，但是其生产过程相对繁琐，并且绕丝过程使得产品的一致性不易控制，传感部分整体较大的热质量也会约束产品的响应速度。使用一体式的流量传感器芯片则可以简化生产过程，并且很容易将产品的测量性能维持在较高水准。

-       户用燃气管道监测

智能化的燃气流量的计量或燃气泄漏监测为传感器设计提出了很大挑战。作为民生项目中的基础设施，传感器首先必须具有足够的安全系数，其次在使用中又要具有长期的稳定性，并且成本可控。SFS01在这三点中做到了很好的平衡。

-       医疗：呼吸监测

呼吸率(RR)是监护仪中常见的指标，它是代表呼吸功能的临床体征。为了维持正常的氧气输送，RR的变化通常是患者病情恶化的第一个迹象。监测设备将检测到患者病情恶化的早期迹象并触发警报。肺活量计、峰值流量计和气体分析仪常用于监测或调节呼吸周期。为了评估呼吸循环状态，这些设备需要具有极快响应时间和气流方向检测功能的流量传感器。SFS01 专门设计用于测量每次呼吸过程中的流量参数。SFS01 可以通过旁路的方式与主要气路并联，实现更宽的流量测量范围。快速响应，低功耗和简单的系统集成, 即便是医用等级的便携设备，也可以轻松驾驭。

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