CMOSens® Technologie für Gasfluss und Differenzdruck

Der Massenfluss wird über ein thermisches Messprinzip ermittelt. Ein steuerbares Heizelement befindet sich in der Mitte einer druckstabilen Membran und symmetrisch davon ist jeweils aufwärts und abwärts in Strömungsrichtung je ein Temperatursensor aufgebracht. Jede Strömung über dieser Membran verursacht eine thermische Verfrachtung der Wärme zum stromabwärts gelegenen Temperatursensor und generiert somit durch die entstandene Temperaturdifferenz ein präzise messbares Signal. Der mikrothermische Strömungssensor wird eingebunden, indem diese druckstabilisierte und mit Glas passivierte Membran in den Siliziumchip geätzt wird. Die CMOSens® Technologie integriert diesen miniaturisierten Sensor zusammen mit der gesamten hochpräzisen Auswertschaltung auf einem einzigen CMOS Mikrochip.

Auf demselben Chip - nicht mal einen Millimeter vom Sensorelement entfernt - befinden sich ein Analog/Digital-Wandler sowie ein Signal-Verstärker und tragen zur Messpräzision bei. Störquellen werden minimiert und störungsanfällige Lötpunkte eliminiert. Dies verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis drastisch und reduziert Ausfallrisiken.

Ebenfalls auf dem Chip befindet sich ein Temperatursensor, durch dessen Signal eventuell auftretende Temperatureffekte kompensiert werden. Dies ermöglicht eine hochpräzise Messung über eine grosse Temperaturspanne, ohne dass eine zusätzliche Temperaturkompensation nötig ist. Dadurch erübrigt sich der Einbau von zusätzlichen Korrektursensoren und macht folglich die Technologie von Sensirion zu einer sehr kostengünstigen und platzsparenden Lösung.

Darüber hinaus sind auf dem Chip eine digitale Prozessschaltung und eine EEPROM Speicherzelle integriert, um die Kalibrationsdaten zu speichern. Jeder von Sensirion produzierte Sensor wird während der Produktion individuell kalibriert. Aus diesem Grund ist das vom Sensorchip empfangene Signal jederzeit vollständig kalibriert, linearisiert und temperaturkompensiert.

Zur Auswertelektronik auf dem Chip gehört auch die digitale Kommunikationsschnittstelle. Es wird ein I²C Protokoll genutzt, das Standardprotokoll für die Kommunikation zwischen verschiedenen Elementen auf der Leiterplatte.

Sensirions mikrothermische Gassensormodule verfügen über eine integrierte Gaserkennung. Ein innovativer und hoch-technologischer Algorithmus erkennt unterschiedliche Gasartenmischungen und kompensiert diese. Dies ermöglicht die exakte Flussmessung trotz unterschiedlicher Gasqualitäten (Gas Quality Compensation).

Mit Differenzdrucksensoren

Aufgrund des Messprinzips eigenen sich unsere Differenzdrucksensoren sehr gut für die Messung von Gasflüssen in einem Bypass-Setup. Die meisten Produkte zur Messung des Massenflusses sind mit einem Bypass-Setup designet, bei dem der Hauptfluss durch eine gerade Röhre gleitet wird. Ein Durchflussbegrenzer drängt eine kleine Menge Luft durch einen Bypass-Kanal, in dem der Sensor platziert ist.

Und mit Flusssensoren

Der Sensorchip kann auch direkt im Hauptflusskanal platziert werden, wodurch ein Bypass nicht mehr nötig ist. Der Hauptvorteil der Verwendung von Massenflussmessern ist die höhere Sensitivität für sehr geringe Flussraten.

Die Druckanschlüsse der Differenzdrucksensoren können an zwei verschiedene Luft- oder Gasvolumen angeschlossen werden. Bei einer Druckdifferenz wird, begrenzt durch eine kleine Blende, ein winziger Fluss durch den Sensor geleitet und mittels Sensorchip gemessen. Sensirions Differenzdrucksensoren ersetzen traditionelle statische Balgenmessverfahren und ermögliche viele Vorteile bezüglich Genauigkeit und Zuverlässigkeit.

Durch das Einsetzen eines Ventils mit einem schnellen Regelalgorithmus, eignet sich die CMOSens® Technologie sehr gut für die Kontrolle von Gasflussraten. Die Massenflussregler von Sensirion besitzen eine extrem kurze Regelgeschwindigkeit und einen grossen Kontrollbereich.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die CMOSens® Technologie traditionelle Messtechnologien ersetzt und vielerlei Vorteile bietet, vor allem im Hinblick auf Geschwindigkeit und Genauigkeit. Weiter überzeugt die Technologie durch:

• Langzeitstabilität, kein Nullpunktdrift
• Genauigkeit und Reproduzierbarkeit (über einen grossen dynamischen Messbereich)
• Schnelle Antwortzeiten
• Sensitivität
• Zuverlässigkeit und Robustheit