电阻悬浮的MEMS热膜式气体流量传感器设计

设计了一种新型电阻悬浮结构的热膜式气体流量传感器,具有测量精度高、灵敏度好、抗压能力强、微加工工艺简单等特点。采用ANSYS软件对传感器芯片在不同流速下的温度场进行了有限元仿真,得出了上下游温差与流速的关系曲线。通过比较热膜电阻非悬浮与悬浮时的导热损失和压力分布,得到了将热膜电阻悬浮的流量传感器的性能要优于一般传感器的结论,其灵敏度为一般传感器的3.6倍。分析表明,传感器的响应时间仅为0.17 ms,比一般传感器快了好几倍;流速在0～0.5 m/s和0.5～2.5 m/s时,传感器输出信号都有较好的线性度,使其能够应用于小流量和大流量的测量当中;流道高度为150μm时,流量为0～2.7 L/h。根据工艺条件和仿真结果,确定了传感器芯片的结构尺寸和微加工工艺流程。

基于MEMS的量热式传感器气体流量测量的模型研究

气体流量测量广泛应用于呼吸监测、管道运输等领域。本研究细致分析了MEMS量热式传感器温度一维分布模型中的热边界层参数,进行了相应的经验修正。并且在温度一维分布模型的基础上,针对具有两对上下游测温电阻芯片结构的MEMS量热式传感器,提出了一种新的传感器输出电压关于气体流量的半修正理论模型。该理论模型能够适用于不同类型的单介质气体。同时,开展了N_(2)、CO_(2)流量测量实验,与理论模型进行对比,证明所提出的理论模型可以正确预测不同气体介质的流量,其中针对CO_(2)测量介质的均方根误差为0.15%。此外,结合理论分析,提出了一种高精度,拟合形式简单、针对确定气体适用性更好的测量模型,其中针对CO_(2)测量介质的均方根误差为0.05%。

MEMS热膜式微型流量传感器的研制

针对微型流量传感器的应用问题,提出了一种可以准确测量各种气体微型流量、基于MEMS工艺的新型MEMS热膜式传感器。基于热量传递原理的热膜式流量传感器由一个加热器和一对微型温度传感器组成,只要测得两个温度传感器的温度差值,就能得到气体的流量。分析了该器件的原理并进行了ANSYS仿真,设计了器件的结构,进行MEMS工艺开发,制作出可实用化的产品。测试表明,该器件的测量量程达到0.5～200m3/h,精度1.5级,响应时间20ms,量程比1:400,显示该器件测量流量的功能达到了实用化水平。

MEMS热膜式微流量传感器

针对气体红外吸收的气动探测应用,设计并制备了一种基于微电子机械系统(MEMS)技术的热膜式微流量传感器。研究了热敏电阻间距以及工作温度对传感器灵敏度的影响。当热敏电阻间距为200μm、工作温度为150℃以及气体流量在-5～5 mL/min时,微流量传感器输出信号与气体流量成线性关系,灵敏度约为299 mV/(mL/min)。微流量传感器气体流量理论检测下限约为1.7μL/min,在气体流量为6μL/min时,响应时间(90%)和恢复时间(90%)分别为16和34 ms。研究了微流量传感器温度补偿方法,消除了环境温度对灵敏度的影响。

基于气旋原理的MEMS热膜式气体流量传感器除尘装置

为了提高MEMS热膜式气体流量传感器的防尘能力,设计了一种基于气旋原理的除尘装置。运用正交试验的方法,在适当的范围内选取尺寸参数进行组合,以提高除尘效率为优化目标,通过仿真确定了除尘装置尺寸参数的具体数值,并且进一步分析了除尘装置的除尘性能。通过实验测量除尘装置的支路流量比例、压力损失和除尘效率,验证了仿真分析的结果,测定了防尘装置的实际工作性能。结果表明:除尘装置对粒径在5μm以上的粉尘具有良好的除尘效果,除尘效率最高可达80%。

热膜式气体流量传感器异物污染流场仿真分析

为研究MEMS热膜式流量传感器异物污染后的测量精度变化与污染程度的关系,通过试验分析了芯片表面污染物分布情况,建立了异物堆积模拟示意图。采用fluent流体分析软件,研究了异物堆积后MEMS芯片表面流速的变化。通过分析可知,当有异物堆积时,芯片表面附近区域流速会发生变化,比无异物堆积时变小,且速度差随入口速度的增加而增加。

MEMS热式微流量传感器发展综述

MEMS热式微流量传感器具有灵敏度高、量程宽、响应时间短等优点,在生化医疗等领域具有重要的实用价值和意义。本综述首先介绍了MEMS热式流量传感器的工作原理和基本结构,随后阐述了此类传感器的分类、发展历史与技术特性,最后展望了其今后的发展趋势和应用前景。

污染物对热膜式气体流量传感器精度的影响

为了预测污染物对热膜式气体流量传感器精度的影响,研究传感器精度下降机理。首先,分析传感器测量原理,建立传感器电压输出理论数学模型,并基于绕流理论推导气体流经污染物后流速公式;然后,搭建污染物颗粒累积试验平台,进行长时间颗粒累积试验,验证理论模型合理性。研究结果表明:传感器的输出电压与所测气体流速、基底隔膜厚度以及导热系数有关;气体流速下降幅度随污染物高度增加而增大,随污染物与加热电阻中心距离增加而减小;污染物颗粒主要围绕热膜电阻周边呈“U”型分布,热膜电阻上方基本无累积,说明传感器精度下降主要是由热膜电阻前端累积的污染物改变气流流速所致;传感器电压输出理论计算值和试验测量值相吻合,证实了理论模型的合理性。

热膜式空气质量流量传感器块联模型结构辨识

同时利用稳态和动态校准数据,辨识了基于Hammerstein模型的热膜式空气质量流量(MAF)传感器的模型结构。在用多项式逼近静态非线性特性的基础上,动态线性环节分别选取带外生输入的自回归(ARX)模型、输出误差(OE)模型和Box-Jenkins(BJ)模型结构,采用交叉准则法进行参数估计和阶次选择,通过残差分析和仿真比较对模型进行检验。结果表明,用估计数据选择阶次时,最终预报误差(FPE)准则与最终输出误差(FOE)准则具有良好的一致性,基于预测误差法的2阶OE模型和BJ模型均可用于热膜式空气质量流量传感器Hammerstein模型动态线性环节的建模。

一种高性能MEMS气体流量传感器设计

使用MEMS技术研制出一种高灵敏度热温差式流量传感器.器件采用热隔离性能良好的衬底挖空结构,且热敏电阻器与热源距离可调,保证了系统的灵敏度和响应速度.同时热敏电阻器、加热电阻器与电桥电阻器集成在传感器片内,提高了系统的稳定性.实验表明：合适的电阻器间距可以获得较高的灵敏度,而在0～20 mL/min的量程范围内系统线性度较好,因此,在生化检测、医疗等领域具有良好的推广前景.

密立根法测量热膜式气体流量传感器中污染物颗粒带电量

热膜式气体流量传感器在实际使用过程中,其芯片表面很容易被微小颗粒污染,使精度达不到工作要求。试验研究发现,传感器通电工作时,芯片表面电场力是造成污染物颗粒吸附堆积的主要因素。因此,污染物颗粒带电量的大小对芯片表面颗粒的堆积有着直接影响。文中采用Mastersizer 2000激光粒度分析仪和密立根油滴仪联合测量了颗粒群的平均粒径和平均带电量。激光粒度分析仪所测污染物颗粒的平均粒径为3.311μm,根据此平均粒径值,密立根油滴仪所测3.2~3.4μm范围内的颗粒所带平均带电量为6.4×10^(-17) C,此带电量即为整个颗粒群的平均带电量。

热膜式空气质量流量微型传感器的自诊断

以微硅片传感器件为对象,研究汽车进气的热膜式空气质量流量微型传感器的自诊断原理及其实现方法.该方法根据内燃机中的热量传递和空气质量流量测量的基本原理,设计了基于自诊断的热膜式空气质量流量微型传感器,该传感器由基于Heraeus微硅片的加热传感单元与温度传感单元、信号处理与转换器、加热器、加热控制器和微型计算机组成.针对该传感器结构和空气在传感器中的强制对流方式,从理论与仿真实验两方面,推导出在一定的发动机工况下,加热器的热流量与空气质量流量的关系,获取了加热器表面温度、加热器上流区域的温度和其下流区域的温度随发动机工况变化而改变的关系,并以此来对该微型传感器进行故障的自诊断,理论与仿真实验表明,该方法具有可行和实用的特点.

油污对热膜式气体流量传感器测量精度影响研究

为探究油污对热膜式气体流量传感器测量精度的影响,建立了传感器内部流道的三维几何模型以及基于厚度和位置分布的油污模型,仿真分析了不同流量条件下油污厚度和位置对传感器测量值的影响。进行了分阶段油污自然沉积试验,分析了各油污污染阶段传感器精度的变化。仿真和实验结果表明:油污沉积在传感器芯片中间电阻上时,对传感器测量精度的影响显著,随着油污厚度的增加,传感器的测量误差逐渐增大。

热膜式流量传感器的封装研究

讨论了传感器的封装要求和工艺方法,实现了传感器的封装,测试分析了封装后热膜式流量传感器的性能,保证了热膜式流量传感器的有效应用.

帕萨特车型热膜式空气流量传感器故障诊断与排除

目前,市面上任何一款燃油汽车的核心都是发动机,而发动机内部有一种重要的传感器,即空气流量传感器,又称空气流量计。空气流量传感器是汽车发动机中的核心装置,一旦发生故障,往往会直接造成油量误差,最终影响发动机正常运转或者造成发动机严重损坏,使得汽车在行驶过程中出现车速不稳定或者动力明显下降的问题。该文选取市面上比较常见的某帕萨特车型热膜式空气流量传感器作为研究对象,分析其结构与工作原理,探讨其故障诊断与排除策略,以更好地消除故障,提升汽车性能。

热丝式与热膜式空气流量传感器的检修

热丝式与热膜式空气流量传感器失效时,会导致发动机启动困难、怠速不稳、急加速进气管回火、动力下降、油耗增加等问题。对汽车热丝式与热膜式空气流量传感器的故障现象、检修方法进行了阐述。

微型热式液体流量传感器的设计

设计了新型的微型热式液体流量传感器。它将测热式工作原理和热膜式工作原理结合起来,在精确测量小流量的同时,兼具较大的动态测量范围。该传感器利用MEMS工艺,在两层聚对二甲苯横膈膜中制作出极细的铂电阻丝,通过测量铂电阻丝随温度的变化来获得流量的信息。阐述了传感器的测量原理和微加工工艺流程,并对工作模式进行了流场温度场仿真,对该传感器的进一步优化提供了参考。

低热导率衬底的热风速风向传感器研究

为了提高热风速风向传感器灵敏度,提出了采用低热导率衬底的方法,并利用有限元模拟和实验结果进行了验证。本文设计的传感器采用圆形结构的加热与测温电阻,利用热温差的方法测量风速和风向。为了验证传感器衬底对风速灵敏度的影响,本文分别在玻璃和陶瓷衬底上利用MEMS剥离工艺加工出了热风速传感器,并进行了风洞测试。实验结果表明,两个传感器均可以完成360°风向检测,风速量程超过10m/s。此外,通过对两组测量结果的比较可以发现玻璃衬底传感器的灵敏度比陶瓷衬底高,这与有限元模拟结果完全吻合。

数字输出型热膜式空气流量计的设计与实现

针对目前国内数字输出型热膜式空气流量计设计较少的现状,设计了一种基于硅MEMS新型热膜式AFS07空气流量传感器和PIC16F1786微控制器的数字输出型车用空气流量计。详细分析了该空气流量计的工作原理和检测电路、恒温差控制电路的设计,通过PIC16F1786微控制器产生了ECU所需频率范围为1.8~11 k Hz、占空比50%的方波流量信号和频率为19 Hz、占空比可变的矩形波温度信号。在此基础上对样机进行了实验。实验结果表明：该样机实现了对不同流量气体和进气温度的检测,且具有良好的温度补偿功能;同时得出该空气流量计输出信号的周期与其对应信号的输出电压之间呈线性关系。

大众车系空气流量传感器的检修方法

详细介绍了大众车系空气流量传感器的基本原理、检修的基本思路和方法,运用实例阐述了热膜式空气流量传感器的故障诊断及排除方法。