[發(fā)明專利]時分復用微機電系統(tǒng)塊狀流體傳感器及其工作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010615928.2
• 申請日: 2010-12-30
• 公開（公告）號: CN102147420A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 牟詩城;高鵬;徐超;吳元慶;屈懷泊
• 申請（專利權(quán)）人: 國家納米技術(shù)與工程研究院
• 主分類號: G01P5/10
• 分類號: G01P5/10;G01F25/00;G01K17/10;G01N9/00;B81B7/02
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(一)技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及高性能流體傳感器的設(shè)計和工作方法，尤其是一種時分復用微機電系統(tǒng)塊狀流體傳感器及其工作方法，該流體傳感器的制作應(yīng)用了微機電系統(tǒng)技術(shù)和制作高性能流體傳感器的方法。

(二)背景技術(shù)：

傳統(tǒng)用于設(shè)計和制作器件的流體度量技術(shù)，例如：由于流道內(nèi)液體或氣體環(huán)境的變化使得質(zhì)量流速測量不精確使得氣體或液體流量傳感器仍然受限。特別是基于熱原理測量混合氣體或液體并生成的質(zhì)量流數(shù)據(jù)。由于氣體或液體流量的變化將會給系統(tǒng)引入巨大的誤差，自然氣體就不能保證有一個穩(wěn)定的成份并且為了精確測量質(zhì)量流速率成份的變化而必須被監(jiān)測。

流速傳感器的校準是基于氣體或液體成份的恒定，而根據(jù)傳統(tǒng)熱原理得到的質(zhì)量流速率沒有考慮氣體或液體成份的變化，因此偏離了真實的流體速率。

為了克服這些困難，傳統(tǒng)測量體積的技術(shù)通常用額外的溫度和壓力補償來實現(xiàn)進而達到更加精確的質(zhì)量流速率的測量。然而，用傳統(tǒng)體積計(渦輪流量計具有窄的測量范圍而不能滿足許多實際需求)測量得到的數(shù)據(jù)。商用成份自由度獨立的器件提供直接的質(zhì)量流但是這些流量計不能提供精確的流體體積。此外，它只能應(yīng)用到重介質(zhì)流速的測量。

熱質(zhì)量流速計通過測量與流動液體質(zhì)量流速呈函數(shù)關(guān)系的溫度場變化來直接提供液體的質(zhì)量流速測量。但是對于具體液體樣品的測量，熱層流邊界層只能被維持成毛細管形式。因此，為每一個具體應(yīng)用的校準成為獲得精確流速測量的必要步驟，但是應(yīng)用到的這些流量計的生產(chǎn)成本被大大增加。

大多數(shù)流量計特別是應(yīng)用于監(jiān)測和控制工業(yè)工藝的流量計需要連續(xù)不間斷的工作。因此，在研究或在線校準仍然需要并且確保測量的精確性。但是，在線實時校準將影響成品率并增加生產(chǎn)成本。盡管對于大多數(shù)的應(yīng)用，超聲流量計具有在線校準的優(yōu)勢，由于涉及到復雜計算程序和更高的成本所帶來的苦難和限制，這些測量計阻止了這些解決方法，超聲流量計對于上述問題在實際中很實用。

(三)發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種時分復用微機電系統(tǒng)塊狀流體傳感器及其工作方法，它能夠克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，它通過考慮流速測量中的溫度，壓力和工作環(huán)境中成份變化，有效且方便的校準流速測量值，得到足夠的精度；是一種實用的測量流體流速的裝置及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種時分復用微機電系統(tǒng)塊狀流體傳感器，其特征在于它由溫度傳感器、微加熱器、加熱器控制器、處理器、多孔硅層、襯底及掩埋層構(gòu)成；所說的溫度傳感器與微加熱器相鄰；所說的加熱器控制器與微加熱器連接，并提供加熱能量作為給微加熱器的電脈沖；所說的處理器置于流體中接收流速的輸入量直接確定流速；所說的溫度傳感器為兩個，分別置于流體的上游和下游；所說的溫度傳感器和微加熱器制作在半導體襯底上。

上述所說的流體直徑是50mm。

上述所說的溫度傳感器與微加熱器的距離為2～12um。

上述所說的溫度傳感器與微加熱器的距離為5um。

上述所說的溫度傳感器為金屬條，包括金或鉑。

上述所說的溫度傳感器為金。

上述所說的微加熱器為兩個，之間的距離50～5000um。

上述所說的微加熱器為兩個，之間的距離100～500um。

上述所說的微加熱器為金屬條，包括金或鉑。

上述所說的微加熱器為鉑。

上述所說的電脈沖為調(diào)制電子能量，或調(diào)制正弦波電子能量，或方波電子能量，或特定頻率的調(diào)制電子能量。

一種上述時分復用微機電系統(tǒng)塊狀流體傳感器的工作方法，其特征在于它包括以下步驟：

(1)將溫度傳感器放置在流體中與微加熱器短的距離內(nèi)，并給加熱器提供加熱能量測量延時，通過溫度傳感器和加熱器的相關(guān)溫度變化量確定流速；

(2)給加熱器提供一個調(diào)制的正弦曲線加熱能量并從加熱器溫度變化量確定一個溫度響應(yīng)，通過應(yīng)用鎖相放大技術(shù)測量相外相內(nèi)比來確定相位移并根據(jù)相位移確定流速；

(3)不斷確定流速以此來不斷監(jiān)測流體具體的熱量；不斷地測量壓力并用流體的具體熱量去不斷地監(jiān)測流體的密度和成份。