热式流量芯片AFE-01在燃气计量表中的应用

热式技术是一项测量气体和液体流量的成熟技术。技术进步和设备微型化使得该技术能大批量应用于对成本敏感的领域，如天然气计量。一些研究也证实了热式技术在恶劣环境中的长期可靠性。另，2021年欧洲最新发布了专用标准（EN 17526），由此可看出热式技术是一项经济、成熟、可靠的燃气计量解决方案，全球已有六百万燃气表受益于该技术。此外，该技术还具有强大的自诊断，自适应和泄漏检测功能，可广泛用于天然气，氢气混合气体（23%）和纯氢气的检测。

近年来电子技术（如CMOSense®和MEMS）随着微机电系统（MEMS）技术的进步，热式流量测量原理已在单个硅芯片上得以实现。芯片的高度集成CMOS工艺模组微型化和大批量生产成为可能。及燃气自适应技术进步使得热式燃气计量技术成本大幅降低，可靠性不断提高，成为燃气计量应用的理想解决方案。长期实地可靠性研究表明，热式燃气表的使用寿命明显长于一般燃气表的设计使用年限。2021年发布的热式燃气计量专用标准对该技术的成熟度进行了认证，并为这项久经验证的流量测量方法在燃气计量行业的广泛应用铺平道路。除了成本低、可靠度高、结构紧凑外，热式测量技术还具有强大的自诊断，自适应和安全性。另外，该技术还能随时用于测量组成成分复杂的天然气、不同浓度的天然气-氢气混合气体2以及纯氢气。

在未来技术前沿——直接能量计量领域，热式技术与现有解决方案相比优势显著。MEMS热式质量燃气表（如上图）是基于微机电系统技术制造，采用具有热式质量流量原理的流量传感器芯片，研制出的新一代全电子智能式燃气表，无需温度、压力补偿即可实现燃气流量的质量计量。 MEMS热式质量燃气表无可动部件、响应快、超宽量程、低压损，易维护并具有IC卡预付费和物联网远程抄表功能。随着天然气的需求增加每家每户已经慢慢的使用上了天然气，使用天然气需求燃气表去计量，MEMS热式质量燃气表是目前最好的燃气计量表。

MEMS热式质量燃气表是需要热式质量的流量芯片去设计的，必不可少的。推荐可以采用ISWEEK公司的气体流量传感器AFE-01。AFE-01的流量芯片，是欧洲原始生产厂家代工的公司。开发了装配有流速检测元件的MEMS流量传感器。拥有引以为傲的高级别灵敏度，可以精确检测达到0.001m/s的气体流速变化。生产出体积只有5 mm x 3.5 mm x 0.2 mm的芯片。

其测试原理：AFE-01流量传感器由四个铂薄膜电阻组成，基于流速的函数，利用传热原理来确定流速。在无流动的情况下，两个电阻被同等加热。如果出现流动，热量从传感器传递到介质，其中一个比另一个更冷，这取决于流动的方向。如果流量增加，传递的热量也会增加。通过了解热传递，可以从维持恒定温度所需的电压补偿量来确定流速。同时AFE-01流量芯片因为体积小且耐高温（-20°C~150°C的工作环境），很好的温度补偿电路，非常适合测试燃气中的各种气体。

AFE-01具有以下特点:

体积非常小，双流向检测、检测小质量物体的流动、简单的信号处理电路和标定、完全固定的机械元件、优异的重复性、优异的长期稳定性、适用于多种行业或安装到不同外壳、最优的性价比。特性：测量原理：热量原理

检测量程：0 ... 50 m/s （以CTA模式的电路为例）
灵敏度：0.001 m/s
精 度：< 2%测量值（取决于电路和标定） 
响应时间：T63% < 0.5 S 
温度范围：-20…… +150 °C
电气连接：绝缘漆包铜线 (一般长度25 mm)
加热元件：RH (25°C) = 34Ω± 10%
检测元件：Rs_i (25°C) = 425Ω±10%
参考元件：RR (25°C) = 710Ω± 10%
供电电压：一般为 2~5 V（取决于气体流速）

审核编辑黄宇