A 2-Dimensional Micro Flow Sensor with Wide Range Flow Sensing Properties

A new silicon micro flow sensor with multiple temperature sensing elements was proposed and numerically simulated in considering wide range flow measuring properties.The micro flow sensor has three pairs of temperature sensing elements with a central heater compared with typical sensor which has only a temperature sensing element on each side of a central heater.A numerical analysis of the micro flow sensor by Finite Difference Formulation for Heat Transfer Equation was performed.The nearest pair of temperature sensor showed very good linear sensitivity between 0 to 0.4m/s flow and saturated from 0.75m/s flow.However the furthest pair of temperature sensor showed some flow sensitivity even though the flow rate of 2.0m/s.Thus,this suggested new micro flow meter with multiple temperature sensing elements could be used as a thermal mass flow sensor which has accuracy sensitivity for very wide flow range.

基于双螺旋式加热器的柔性MEMS流量传感器

针对传统流量传感器的量程限制,提出了一种基于双螺旋结构加热器的柔性基底微机电系统(MEMS)热式流量传感器。在基底上打出均匀通孔阵列以降低热传导损耗,两对测温电阻对称分布在加热器两侧,以获得较宽量程,在微小流量与大流量下均表现出较高灵敏度。采用基于惠斯通电桥的检测电路实现输出电压的测量,同时保持加热器与环境温度恒定温差200 K,对电阻自热进行补偿。传感器工作温度-100~400℃,量程为0~60 m/s;低流速下灵敏度约为12.75 V/(m·s^(-1)),分辨率可达0.001 mm/s,高流速下灵敏度约为1.4 mV/(m·s^(-1)),功耗低至1.3 mW。

热电堆式MEMS气体流量传感器设计及性能研究

提出一种由微加热器和热电堆构成的热式MEMS气体流量传感器用以实现高灵敏、快响应且低功耗的气体流量检测。采用N/P型重掺杂多晶硅材料构造双层堆叠的热电堆结构,可以实现低热导和高塞贝克系数,具有更高的温度敏感性。实验测试表明,该传感器件在0~1000 sccm的气流范围内灵敏度可达0.309 mV/sccm(58.22 mV/ms-1),响应时间仅约139 ms,其工作电压为2.56 V时,微加热器的加热功耗仅有34.9 mW。该器件的整体尺寸仅有1300 mm×1300 mm,有利于检测系统的小型化和集成化,在动力氢燃料电池、医疗辅助呼吸设备等流速流量检测场景中具有一定应用价值。

具有温度补偿的微细圆柱基MEMS流速传感器研究

目前常见的流速传感器由于尺寸原因,只能介入管径较大的管道进行液体流速测量。设计并制造了一种可介入小管径管道的、具有温度补偿功能的圆柱基流速传感器,器件采用旋转投影曝光和微机电系统(MEMS)技术制作而成,包含一个薄膜型加热电阻和一个稳定补偿电阻,基于热阻原理可实现对不同温度流体流速的精确测量。测试结果表明:该流速传感器的温度系数为0.2236%/℃,灵敏度为4.25 mV/(cm·s^(-1))。研制的圆柱基MEMS流速传感器可在内径为2 mm的管道中对具有一定温度变化的流体进行流速测量,有望应用于工业、生物医学等领域。

基于差热式原理的液体微/纳流量计设计与开发

基于MEMS技术的差热式超微小液体流量传感器具有测试流量极低、体积小、精度高、可实时监测等特点,近年来在现代精密分析科学仪器和微流控技术等领域获得广泛应用。本工作基于差热式液体流量传感器成功设计了满足μL/min~nL/min级液体流量准确测量的5款微纳流量计,输出流量数据稳定且准确性高,精度均小于0.5%。另外,开发了配套流量监控软件,可以实时采集流量数据,记录保存,实现平均流量、流量脉动率等定量计算功能。

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%。

一种基于铂电阻的硅基MEMS热式流量传感器芯片研制

针对高精度微小流量测量场合对高稳定流量计的应用需求,介绍一种基于铂电阻的硅基MEMS热式流量传感器芯片的研制。利用铂电阻作为加热和测温电阻,提升MEMS流量传感器芯片的稳定性。将铂电阻制作于悬空介质层上,提升MEMS流量传感器芯片的响应速度和灵敏度。通过有限元仿真,优化MEMS流量传感器的芯片结构,使其铂电阻TCR与响应速度都有良好表现。通过优化封装结构,封装后的MEMS流量传感器芯片在0~200mL/min范围内具有较好的稳定性和响应,测量精度小于测量值的0.8%,满足绝大部分同类流量测量的技术需求。

基于热流片的冰的导热系数测量

设计了基于稳态法导热系数测量原理并结合热流片测量冰的导热系数的实验装置,对冰的导热系数进行测量。该实验装置采用的冰块尺寸(长×宽×高)为13 cm×8 cm×1.5 cm,冰块初始温度为0℃,以4℃的冰水混合物作为稳定的供热端,通过半导体制冷器获得-7℃的稳定冷端,采用热流片测量冰块中传导的热量,采用温差电偶测量温度差。测量的冰块导热系数基本稳定在2.00 W·m^(-1)·K^(-1)附近,与已有关于冰的导热系数的实验结果较为接近,可以为冰导热系数的测量提供新的思路。

一种新型FBG热式液体流量传感器

光纤布拉格光栅热式流量传感器目前只适用于气体流量,为扩大其应用领域,设计了一种可用于液体流量测量的新型光纤布拉格光栅热式流量传感器。该光纤布拉格光栅热式流量传感器使用陶瓷加热片以恒定功率提供热量,不同流量的液体经过传感器时带走的热量不同,通过检测光纤布拉格光栅中心波长的变化就可以测得传感器的温度变化,进而推导出液体流量大小。通过温度传感测试实验和流量传感测试实验,验证了所设计的传感器可用于液体流量测量。实验结果表明,该传感器的流量测量范围为40.575~550.664 L/h。

新型空气质量流量传感器的建模与设计

热式质量流量传感器是在层流的条件下,通过加热电阻周围温度分布的变化来反映气体流量.本文通过在流道中设计内部小流道,把流速测试段的流态变为层流,并模拟了整个流场的的速度分布,在流速测试段得到比较理想的雷诺数Re≈12-110.在小流道测试段的流速与内燃机进气管的平均流速成一固定比例系数,因此,通过测试小流道内的流速可以获得内燃机的进气量.通过模拟分析得到了在恒温加热的条件下,不同流速下的温度分布,从而获得不同流速下,测试点的距离与温度差的关系曲线,并找出了相应测试点的测试范围,最终获得了温差最大值对应的测试距离为140-210 m.通过在加热电阻两端设计了两对测温电阻,得到叠加信号对应最大流速精度为0.02 m/s.

基于热敏电阻的热式液体流量传感器

根据热消散效应原理，设计了一种基于热敏电阻的热式液体流量传感器。介绍了传感器设计模型及工作原理。通过流体力学软件FLUENT对传感器进行了液体温度场仿真分析，验证了传感器设计的可行性。通过实验与分析，求出了液体流量变化与所设计传感器对应的电压变化函数关系。进行了0～100L／h流量范围液体流量测量，提出了传感器研究与改进的方法。

汽车用热线式空气流量传感器

利用热式空气流量传感器直接测量空气质量流量的特点,设计了一种应用于测量内燃机进气系统进气量的热线式空气流量传感器。通过对传感器输出信号进行温度补偿、放大及线性化处理,其输出电压与质量流量近似呈线性关系。试验结果表明:热线式空气流量传感器应用于汽车电喷系统中,可以为发动机提供准确的进气质量流量。

硅热流量传感器的研究与发展

本文详细地介绍了硅热流量传感器的工作原理并对它进行了细致的分类 ,同时概括了其发展和应用情况。

一种基于C8051F330的二维风速风向传感器微系统

设计了一种利用C8051单片机的二维风速风向测试系统,通过PID控制使传感器工作在恒温差模式,可以测试风速和风向。该系统基于请求式测量,具有面积小(2cm×2cm),通用性强(采用5V电压,10位二进制输出),两线制数字接口全标定输出(可直接送LCD显示或挂接到I2C总线上使用)的特点。该系统还可用于本实验室自制的温度、湿度等其他传感器的信号采集和处理,可以进行大批量生产,并广泛应用于气象测试、环境保护、军事应用等各个方面。

二维MEMS风速风向传感器的设计与测试

给出一种基于MEMS工艺的二维风速风向传感器的设计、制造以及测试结果。该传感器加热电阻采用圆形结构,四个测温电阻对称分布在芯片四周。传感器芯片在玻璃衬底上采用两步MEMS剥离工艺加工,加工工艺简单可靠。该传感器采用恒功率工作方式,利用热温差原理测量风速和风向。经过风洞测试,传感器可以完成360°风向检测,误差不超过10°。

多探头热式气体流量传感器的设计与仿真

在组合铂膜探头的基础上,提出了一种多探头热式气体流量传感器的结构形式,运用FLUENT软件在不同直管段条件下对其所在的管道内的流场进行仿真研究。运用多传感器数据融合的方法对每个探头所在测量点的仿真流速值进行处理融合,并与单点仿真结果进行比较。仿真结果表明:在直管段长度较短,流场分布不规则的情况下,多探头流量传感器的测量精度明显比单个探头要高。

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。

CMOS二维风速计控制及检测电路的研究

针对CMOS二维风速风向传感器的工作原理,分析了传感器的控制电路及其特点,并根据该类传感器的特点,重点探讨了信号检测处理电路的形式和特点。拟采用恒温差或者温度平衡控制模式实现对加热器的控制,用斩波放大技术或热Σ-Δ调制技术构建信号处理电路,用标准CMOS工艺实现传感器和控制处理电路的系统集成。

热流量传感器温度补偿方法研究

在热流量传感器测量电路中,利用惠斯登电桥平衡电路和热敏电阻器补偿不能解决流体本身温度变化带来的测量误差。介绍一种用于补偿流体温度变化引起测量误差的方法。试验结果表明:采用该方法进行温度补偿后,可以基本消除流体温度变化引起的测量误差,提高系统的测量精度。

结构参数对硅热流量传感器热性能的影响

基于作者所在实验室研制的硅热流量传感器,给出了其有限元模型。在分析其工作原理的基础上,重点给出了传感器各项性能,如灵敏度、流速量程、输出大小等,和传感器设计尺寸及流体沟道的关系;最后,给出了关于传感器尺寸的优化的结论。