[發明專利]微流量計和用于制造微流量計的方法

有效

• 申請號: 201280032800.0
• 申請日: 2012-04-27
• 公開（公告）號: CN103635783A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: Y·弗伊萊特;艾倫·布格雷特;奧利維爾·富赫斯
• 申請（專利權）人: 原子能和替代能源委員會
• 主分類號: G01F1/38
• 分類號: G01F1/38;G01R7/16
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理事務所(普通合伙) 11270
• 代理人: 歸瑩;張穎玲

技術領域

本發明涉及用于測量流體的流速的技術。本發明尤其涉及一種裝置或微型裝置以及所述裝置或微型裝置的制造方法，所述裝置通過允許對兩個腔之間的壓力差進行測量的單臂電橋來實施流速的測量。

背景技術

現存許多用于測量流速的方法（熱線、科里奧利效應等）。

一種有效、精確和簡單的方法包括使用兩個被連續定位在流體通道中并由流體扼流部分隔開的壓力傳感器。在流體扼流部中由粘性耗散引發的壓力差（稱為壓降）通過兩個壓力傳感器來測量。流速和壓力差之間存在已知的比例關系。因此，對壓力差的測量允許確定流速。

形成有兩個不同的壓力傳感器的示例性流量計在圖1中示出并且在文件US6446513B1、US20050204828中和在Sensor?Actuate.a–Phys77,167（1999）中刊出的R.E.Oosterbroek等人的論文中描述。流體在通過被定位在裝置的下部部分中的入口孔51進入之后流經中心通道56。所述流體通過出口孔54流出，所述出口孔54同樣被定位在所述裝置的下部部分中。壓阻式傳感器58、60一方面允許測量所述通道56上游的入口部分中的壓力變化并且另一方面允許測量所述通道56的下游的出口部分的壓力變化。所述裝置通過兩個基層62、64形成，入口通道52和出口通道54在下部基層62中形成，所述中心通道因此在所述上部基層64的下部部分中形成，其中，兩個貫通通道允許分別在所述裝置的入口側和出口側通向壓阻式傳感器。

另一配置包括使用單個壓差傳感器，形成壓力傳感器的膜片的每個表面面向由壓降分離的腔。所述配置的示例在Cho等人于1993年在Sensors?and?Actuators?A:Physical36:47–56中刊出的題為《具有內置自測的高性能的微流量計》的論文中描述。然而，由于電絕緣的原因，優選地，將測量裝置（傳感器和電裝置）與流體部分適當的分離。由于所述測量裝置在所述壓力傳感器的膜片的表面的其中一個表面上，不可使用具有不同傳感器的配置，因此必然涉及所述流體與所述表面兩者的接觸。由于結構上的原因，同樣優選的是將電平與流體液位分開。

此外，具有單臂電橋的電路是已知的，如圖2所示，每個所述電橋包括4個電阻R1-R4和R＇1-R＇4，圖2還示出了在這種系統中所涉及到的電連接。

所述電路需要至少8個連接墊76。

進一步，單臂電橋的測量鏈包括由數個部件（尤其是電子放大器和模擬/數字轉換器）形成的電子設備。在兩個電橋的情況下，如同圖2，兩個測量值必須被放大并且必須確定所述兩個測量值的差。所述差可在模擬轉換之后被計算，但是為了最小化信息的降級，優選地，在所述模擬轉換之前確定所述差。因此，所述測量鏈包括至少3個差分放大器80、80＇、81。現在每個所述放大器必須通電。因此，這種電路體積大并且耗電很多。

因此提出了發現一種新的流速測量裝置的問題，從而允許減少針對現有技術的裝置的上述缺點。

發明內容

本發明的第一方面涉及一種流量計或微流量計，所述流量計或微流量計為MEMS型的，所述流量計或微流量計包括通過通道連接的第一腔和第二腔，所述第一腔設置有第一可變形的膜片（或所述第一腔的包括第一可變形的膜片的壁）并且包括第一應變計和第二應變計，所述第二腔設置有第二可變形的膜片（或所述第二腔的包括第二可變形的膜片的壁）并且包括第三應變計和第四應變計，所述四個應變計形成單臂電橋。

每個所述應變計能夠提供表現相應的膜片的變形的特征的信號，所述變形在流量計的流體的流動的作用下發生。

所述四個應變計形成單臂電橋，當流體經過所述第一腔、然后經過所述通道、然后經過所述第二腔流動時，所述單臂電橋允許測量所述第一腔和所述第二腔之間的壓差。

所述流量計可制成單個部件。

所述流量計包括兩個膜片，所述兩個膜片各自面向一個腔，所述兩個腔由通過具有小截面的第一通道形成的壓降來分離。所述裝置進一步包括采用單臂電橋形式的測量裝置，所述單臂電橋包括2個與所述第一膜片有關的或在所述第一膜片上的應變計和2個與所述第二膜片有關的或在所述第二膜片上的應變計。單個單臂電橋提供了執行在流量計中流動的流體的流速的測量的可能性。

包括被定位在所述兩個腔中的電阻的單臂電橋的使用允許對電纜的整體進行簡化以及減少由所述測量消耗的能量。