基于MC9S08GB60单片机的超微量气体流量计设计

　　超微量气体流量计用于检测微小气体流量，在精密半导体、细胞培养发酵、精密气体混合分析、气体泄漏检测、反应装置系统以及真空镀膜等领域有着广泛的应用。气体流量计种类很多，测量原理各不相同，测量精度差别较大。笔者设计的基于 MC9S08GB60 单片机控制的超微量气体流量计利用差压原理进行气体流量测量。实验证明，该气体流量计能够快速、精确地测量或控制小流量气体的流量。

　　1 硬件设计

　　超微量气体流量计的硬件组成如图 1 所示，被检测气体通过标准孔板节流元件，产生压力差( Δp) ，用高精度的压差传感器( 硅压力传感器) 检测 Δp，并转换为毫伏级的弱电压信号，该信号经运算放大器放大后，传送至 A/D 转换器得到数字化的压差量，根据该压差量计算气体的体积流量，并在气路中接入一个比例电磁阀构成气体流量控制器，来控制气体的流量[1]。如果需要，还可根据气体体积流量、气体类型( 系统内置相应密度) 、温度和湿度，进一步计算出气体的质量流量。

　　选用 MC9S08GB60( 简称 GB60 MCU) 单片机作为气体流量计的核心控制芯片，流量计提供最基本的人机对话手段( 包括 LCD 显示和一个 4 键键盘) ，基于此可以对流量计进行最基本的控制和设置，如工作模式、显示、气体类型和密度等参数的设置，保证流量计在独立状态下工作，并通过LCD 显示器输出测量结果。另外，流量计还配备RS232 和 RS485 通信接口，利用 RS232 接口，通过嵌入式控制系统或微机同样也可以对流量计进行控制和设置; RS485 通信接口支持多机通信，一个嵌入式控制系统可以控制多个流量计，并与它们通信，形成一个多点流量检测系统。①当一个或多个流量计作为组件在大型仪器内部使用时，可以将 LCD 显示和键盘去掉，以减小体积、节约成本。

　　1. 1 热传导式差压传感器

　　选择 CMOSens 专利技术的基于热式原理，将热传感器、信号放大器和 A/D 转换器集成在一块CMOS 芯片上，并通过内部微控制器将检测数据进行完全标定和温度补偿的 SDP1000 热传导式差压传感器，进行超微量气体流量的数据采集。

　　与其它热差压传感器相比，所需空气量极少、量程更宽、性能更稳定，在低差压段的重复性极好、可耐瞬时的较大压力、对安装方向不敏感，即使在恶劣环境中操作同样安全可靠，能够精确、快速地测量微小差压。SDP1000 差压传感器的主要性能指标如下:

　　a. 测量范围为 - 5 ～ 125Pa，- 20 ～ 500Pa，- 100 ～ 3 500Pa;

　　b. 精度和分辨率高，可达 0. 05Pa;

　　c. 工作温度范围为 - 10 ～ + 60℃ ;