一种气体质量流量测量单元及其控制系统的制作方法

本技术涉及流体测量和控制，具体涉及一种气体质量流量测量单元及其控制系统。

背景技术：

1、相关技术中，气体流量控制设备多为热式流量控制器，或者是基于微电子技术的差压式流量控制器。其中，热式流量控制器存在迟滞时间长、控制精度差等缺点，微电子技术的差压式流量控制器的压力信号容易受到电磁干扰，且压力传感器的精度不高，压力传感器模块尺寸过大，导致测量时需要比较长的引流管道；该引流通道造成流体流动死区，进一步影响测量精度和质量流量控制精度。相关技术中的控制设备的使用条件有限，无法用于高压、高温、强电磁干扰等环境中，设备的结构复杂，制造难度大，成本高。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的测量单元存在的抗干扰能力差、测量模块尺寸大、测量精度差、适用条件有限等诸多问题中的至少一者，本实用新型一方面提供了一种气体质量流量测量单元。

2、所述的气体质量流量测量单元包括：

3、测量模块，用于测量待监测气体；

4、分析模块，其与测量模块连接以处理测量模块的测量数据；

5、所述的测量模块的内部设置有流体通道，所述的流体通道的内部顺次与第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器接触；

6、所述的第二压力传感器与第三压力传感器之间的流体通道上串联有节流单元；

7、所述的第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器的与流体通道内部接触的端面均与流体通道的内壁面平齐。

8、可选的一个实施例中，所述的第一压力传感器和第二压力传感器之间的流体通道上设置有流量调节单元，所述的流量调节单元与分析模块电连接。

9、可选的一个实施例中，所述的测量模块包括集成块，所述的集成块的内部形成所述的流体通道；和/或，所述的第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器中的至少一者可拆卸的安装在所述的集成块上。

10、可选的一个实施例中，所述的第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器中的至少一者为mems光纤压力传感器。

11、可选的一个实施例中，所述的mems光纤压力传感器包括mems芯片、结构件和光纤，所述的mems芯片设置在所述的结构件内，所述的光纤穿入所述的结构件内并与mems芯片耦合。

12、可选的一个实施例中，所述的mems芯片包括法布里珀罗压敏干涉腔，所述的压敏干涉腔与所述的光纤的一端耦合，所述光纤的另一端与所述的分析模块耦合。

13、可选的一个实施例中，所述的集成块为金属材料，且所述的集成块上还设置有温度测量单元。

14、可选的一个实施例中，所述的温度测量单元为光纤光栅温度传感器。

15、可选的一个实施例中，所述的集成块上还设置有第一接口和第二接口，所述的气体从第一接口进入所述的测量单元，并从第二接口流出所述的测量单元。

16、本实用新型另一方面提供了一种控制系统，其用于控制第一方面描述的任一项所述的气体质量流量测量单元，

17、所述的控制系统包括工控机，所述的工控机与分析模块通信连接，以调节流经所述测量单元的气体质量流量。

18、本实用新型所公开的气体质量流量测量单元及其控制系统具有如下优点或有益效果：

19、（1）通过使流体通道的内部顺次与第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器接触；克服了现有技术中压力传感器需要较长的引流通道导致加工难度大，存在流体流动死区而造成的测量精度不高等问题。另外，第一压力传感器用于监测进入测量装置内部的流体压力，确保进入测量装置内部的压力均在使用范围内，有效保证了压力测量的准确度和使用安全性。此外，通过使压力传感器的端面与流体通道的内壁面平齐，使得流体流经压力传感器时不会存在局部的湍流扰动，消除了低压区和局部的涡流区域，气流能够平顺的流过压力传感器的端面。

20、（2）本公开的第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器中的至少一者为mems光纤压力传感器。由于mems芯片的尺寸小，通常具有毫米级的尺寸，因此可以实现芯片封装模块小型化，并使得毫米级芯片安装后与流体通道的内壁表面平齐，减小或消除流体质量流量测量单元内部死区，同时减小紊流干扰和时间延迟，提高了气流压力测量的响应速度。再者，由于采用光信号测量压力，mems芯片周围无需采样电路，从而无需考虑电磁兼容和电磁干扰等问题，降低了质量流量测量装置开发难度，也提高了测量装置的使用范围，尤其是适用于强电磁干扰等环境。

21、（3）本公开的mems光纤压力传感器包括mems芯片、结构件和光纤，所述的mems芯片设置在所述的结构件内，所述的光纤穿入所述的结构件内并与mems芯片耦合。由于采用高精细度真空腔法布里珀罗（f-p）光学干涉仪原理，将被测压力转换为传感器内部mems敏感芯片光学干涉腔的输出光谱变化，可对压力实现百万级至千万级超高动态范围数字式波长编码，比传统的电子式压力传感器分辨率提高了1到2个数量级，由此实现压差更高测量精度和耐高压、过量程精确测量能力。

22、（4）本公开采用全光谱分析仪实现mems光纤压力传感器的信号解调以及对流量调节单元的实时控制，不但可以实现流量传感器与全光谱分析仪之间的光电信号分离，光测光传，提高抗电磁干扰和耐受高低温、核辐射等的能力；而且多只传感器可以通过光纤与一台全光谱分析仪远距离通信，实现一个主机控制多台现场仪表的网络化应用，提高系统集约度，降低多表应用的造价。

技术特征：

1.一种气体质量流量测量单元，包括：

2.根据权利要求1所述的气体质量流量测量单元，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的气体质量流量测量单元，其特征在于，

4.根据权利要求1-3任一所述的气体质量流量测量单元，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的气体质量流量测量单元，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的气体质量流量测量单元，其特征在于，

7.根据权利要求3所述的气体质量流量测量单元，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的气体质量流量测量单元，其特征在于，

9.根据权利要求3所述的气体质量流量测量单元，其特征在于，

10.一种控制系统，其用于控制根据权利要求1至9任一所述的气体质量流量测量单元，其特征在于，

技术总结
本技术提供一种气体质量流量测量单元及其控制系统。所述测量单元包括：测量模块，用于测量待监测气体；分析模块，其与测量模块连接以处理测量模块的测量数据；所述测量模块的内部设置有流体通道，所述流体通道的内部顺次与第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器接触；所述第二压力传感器与第三压力传感器之间的流体通道上串联有节流单元；所述第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器的与流体通道内部接触的端面均与流体通道的内壁面平齐。本公开的气体质量流量测量精度高、延迟低，光电信号分离，光测光传，提高抗电磁干扰和耐受高低温、核辐射等能力，实现一个主机控制多台现场仪表的网络化应用，提高系统集约度。

技术研发人员：钟少龙,周作兴,许杰,周建萍
受保护的技术使用者：上海拜安传感技术有限公司
技术研发日：20230609
技术公布日：2024/1/13