【产品】LDE/LME/LMI系列差压传感器应用优势详解

时间： 2021-10-31 来源：First Sensor

技术问答

FIRST SENSOR的LDE/LME/LMI 差压传感器测量超低空气或气体压力从25 Pa（水中0.1）到满量程。这些传感器基于一种创新MEMS技术，该技术将微流通道集成在硅传感器芯片中。

同时，传感器使用经验证的原理，通过热质量流量测量推断压差（图1）。加热元件位于两个温度敏感电阻器之间。气流将热量从上游传输到下游电阻器，导致它们之间的温差，从而产生与质量流量成比例的电压信号。由于流量是由两个传感器端口之间的压差引起的，因此输出信号也是所施加压差的测量值。

图2显示了作为压差函数的基本LDE/LME/LMI传感元件的未放大输出。LDE/LME/LMI技术具有高动态范围和对低压（尤其是零下）的高灵敏度。传感器为校准、温度补偿和放大提供数字信号调节。根据是否需要高灵敏度、高动态范围或线性输出信号，压力传感器可以根据不同的应用要求进行优化。

图1 热式质量流量测量原理

图 2 未放大的基本 LDE/LME/LMI 传感器元件的特性曲线

2、传感器结构

LDE/LME/LMI传感器基于硅传感器芯片，尺寸仅为4 mm²（0.006 in²），其中包含微流道和传感元件。通过将微型流道集成到传感器芯片级（图3），来自First Sensor的LDE/LME/LMI压力传感器可以实现高达200000 Pa/(ml/s)的极高气动阻抗，比同类传感器高1000倍。这将通过传感器的气体流量降至绝对最小，并在多尘和潮湿环境中以及使用长连接管或过滤器时提供独特的应用优势。

在传统的基于流量的差压传感器中，通过传感器的流道和气流由塑料外壳的几何形状决定。相比之下，LDE/LME/LMI器件的微流道是在硅芯片级定义的。这使得传感器外壳的结构具有优势，例如设计灵活性高、封装非常小且稳定以及制造成本降低。此外，用于硅传感器芯片的半导体技术能够实现极低的生产公差以及具有成本效益的批量生产。

图3 LDE/LME/LMI差压传感器的原理结构（横截面）

3、使用差压传感器进行流量测量

差压传感器的极低压力范围仅为几毫巴（几英寸水柱），通常用于管道中的体积流量测量。例如，医疗设备中的呼吸流量测量以及HVAC应用中的空气流量测量或过滤器控制。人工流量限制，例如通过挡板、孔板或层流元件，会导致流量压降，该压降是体积流量（V）的测量值，可通过差压传感器检测（图4）。

来自First Sensor的基于流量的LDE/LME/LMI传感器被校准为压差，可以检测旁通配置中流过流量元件的压降。由于其非常高的气动阻抗，通过传感器的流量限制在最大120-180μl/min。这意味着LDE/LME/LMI传感器的行为几乎类似于基于膜的差压传感器，不允许任何流量通过。然而，它仍然显示出对低压的高测量灵敏度，这是热质量流量传感原理的典型特征。

图4 带差压传感器的典型体积流量测量装置

4、不受长连接管和输入滤波器的影响

为了测量体积流量，必须将基于流量的差压传感器连接至主流道，例如通过图4所示的管道。有时，旁通通道中会使用额外的过滤器，以保护传感器免受灰尘、湿度或细菌污染。然而，主流道和旁路之间的任何气动元件都代表一个额外的流动阻力，从而导致压降。因此，压力传感器将测量一个压差，该压差低于主通道中流量限制元件引起的压差。结果是主流道中的体积流量测量不准确。与传感器相比，连接管和附加过滤器的流动阻抗越高，这种效应越明显。因此，对于传统的基于流量的差压传感器，建议传感器的最大允许管长度，或者分别给出修正公式，以补偿旁通中的压降。

长度为1m（40 in）且内径为1.6 mm（1/16 in）的管道会产生约120 Pa/(ml/s)的气动阻抗。First Sensor的LDE/LME/LMI传感器的气动阻抗高达200000 Pa/(ml/s)。这意味着旁路流量几乎完全由LDE/LME/LMI装置的极高流量阻抗决定，并且可以忽略具有流动阻力的附加部件的影响。因此，LDE/LME/LMI差压传感器可与长管、过滤器或其他气动元件一起使用，而不会损失其校准。即使这些元件的电阻随时间变化，例如过滤器堵塞，通常也不会对测量精度产生负面影响。

5、防尘

如果在多尘环境（例如HVAC应用）中使用基于流量的压力传感器进行体积流量测量，则存在灰尘颗粒到达传感器内部并沉积在内部流道壁上的危险。这将导致传感器的气动阻抗增加，从而导致传感器输出信号减少和校准损失。在最坏情况下，流道将完全堵塞，从而导致传感器完全失效。此外，灰尘会覆盖敏感测量元件，这也会降低传感器信号。

First Sensor的LDE/LME/LMI压力传感器对多尘环境中的应用具有高度免疫力。由于其非常高的气动阻抗，通过传感器的气流非常小。这意味着与传统的基于流量的压力传感器相比，体积流量测量装置中流经旁通通道的含尘气体总量减少到绝对最小值。此外，流速大大降低，因此剩余粉尘量在到达传感器输入之前可以正常沉降。通过这种方式，LDE/LME/LMI基于流量的压力传感器可防止灰尘进入传感器，并确保高精度测量和超长的传感器寿命。

6、抗湿性

在许多医疗设备中，如呼吸器、肺活量计、睡眠诊断设备和氧气保存器，患者的呼吸通过基于流量的差压传感器进行控制。由于呼吸气流含有大量的湿度，并且通常比环境温度高，因此可能导致设备内部冷凝。水滴可以凝结到旁通管路或传感器本身的管壁上。如果液滴超过一定尺寸或积聚成较大的液滴，则可能会改变连接管和传感器的气动特性。这可能导致传感器输出信号错误和传感器校准丢失。在最坏情况下，流道将完全堵塞，从而导致传感器完全失效。

First Sensor的LDE/LME/LMI压力传感器对潮湿环境高度免疫。由于其非常高的气动阻抗，通过传感器及其连接管的空气或气体流量非常小。这意味着，与传统的基于流量的压力传感器相比，体积流量测量中流经旁通通道且可能冷凝的湿空气总量减少到绝对最小值。因此，LDE/LME/LMI基于流量的压力传感器可确保在高湿度的典型应用中进行高精度测量和非常长的传感器寿命。

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