[發(fā)明專利]一種基于電磁控制閥的MEMS質(zhì)量流量控制器及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110356053.7
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113513605B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡國慶;田偉
• 申請（專利權(quán)）人: 青島芯笙微納電子科技有限公司
• 主分類號: F16K7/12
• 分類號: F16K7/12;F16K31/06
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務(wù)所(普通合伙) 37247
• 代理人: 劉娜

本發(fā)明公開了一種基于電磁控制閥的MEMS質(zhì)量流量控制器及控制方法，包括殼體、質(zhì)量流量傳感器和膜片，殼體包括下基板、上蓋板以及由二者圍成的氣流通道；質(zhì)量流量傳感器設(shè)置在下基板上靠近氣流通道的入口一側(cè)；膜片設(shè)置在下基板上靠近氣流通道的出口一側(cè)；膜片兩端設(shè)置于下基板上，膜片中部與下基板之間設(shè)有振動空隙；膜片下表面設(shè)置磁性件，上蓋板或下基板上與磁性件對應(yīng)的位置處設(shè)置有電磁線圈。本發(fā)明利用質(zhì)量流量傳感器對氣體流量進行精確測量并實時反饋，作為調(diào)節(jié)電磁線圈通電狀態(tài)的依據(jù)，進而利用磁力驅(qū)動膜片發(fā)生形變，改變氣流通道大小，以實現(xiàn)對微小流量的高精度控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及流量測控技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于電磁控制閥的MEMS質(zhì)量流量控制器及控制方法。

背景技術(shù)

流量測量和控制是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究的基本需求。質(zhì)量流量控制器作為一種能夠直接對氣體的質(zhì)量流量進行測量和控制的器件，在半導(dǎo)體和集成電路、石油化工、真空鍍膜、醫(yī)藥、環(huán)保等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。質(zhì)量流量控制器的核心部件包括質(zhì)量流量傳感器和電磁調(diào)節(jié)閥。其中，傳感器可實現(xiàn)對氣體質(zhì)量流量的精確測量，電磁調(diào)節(jié)閥則可根據(jù)測量結(jié)果對流量進行調(diào)節(jié)、控制。

目前，國內(nèi)的質(zhì)量流量控制器中，傳感器通常利用毛細管傳熱溫差量熱法的原理，在毛細管的上下游各制作一組熱敏電阻絲，并外接兩個精密電阻，構(gòu)成電橋結(jié)構(gòu)。工作時，對電橋進行加熱，若有氣流通過，則會導(dǎo)致上下游的熱敏電阻絲溫度不同，電橋輸出一個正比于氣體質(zhì)量流量的電壓信號。電磁調(diào)節(jié)閥通常由許多精密機加工而成的零部件裝配而成。這種控制器的制作工藝復(fù)雜，價格昂貴，控制微小流量時精度差；此外，長期使用還存在零飄和顆粒物污染的問題，維護成本高。

隨著MEMS技術(shù)的快速發(fā)展，采用該技術(shù)制作的傳感器和執(zhí)行器因具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、精度高等諸多優(yōu)點而備受關(guān)注。因此，發(fā)展一種MEMS質(zhì)量流量控制器具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于電磁控制閥的MEMS質(zhì)量流量控制器及控制方法，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、制備可控性強的特點，適合微小流量的高精度控制。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于電磁控制閥的MEMS質(zhì)量流量控制器，包括殼體以及位于殼體內(nèi)部的質(zhì)量流量傳感器和膜片，所述殼體包括下基板、上蓋板以及由二者圍成的氣流通道；所述質(zhì)量流量傳感器設(shè)置在下基板上靠近氣流通道的入口一側(cè)；所述膜片設(shè)置在下基板上靠近氣流通道的出口一側(cè)；所述膜片兩端設(shè)置于下基板上，所述膜片中部與下基板之間設(shè)有振動空隙；所述膜片下表面設(shè)置磁性件，所述上蓋板或下基板上與磁性件對應(yīng)的位置處設(shè)置有電磁線圈，所述上蓋板上的電磁線圈與磁性件相互朝向的磁極之極化方向相反，所述下基板上的電磁線圈與磁性件相互朝向的磁極之極化方向相同；

所述質(zhì)量流量傳感器采用MEMS工藝制作而成，并通過粘接的方法固定在下基板上，所述質(zhì)量流量傳感器包括：

襯底，設(shè)有沿上下向貫通的隔熱腔體；

支撐層，形成于襯底及隔熱腔體上；

加熱元件，形成于支撐層的上表面，且局部位于隔熱腔體的上方；

感溫元件，形成于支撐層的上表面，兩個感溫元件對稱分布在加熱元件的兩側(cè)，且局部位于隔熱腔體的上方；

金屬層，形成于支撐層的上表面；

絕緣層，覆蓋加熱元件、感溫元件及金屬層，且絕緣層上通過局部刻蝕形成暴露出部分金屬層的接觸孔。

上述方案中，所述膜片的位置低于所述質(zhì)量流量傳感器的位置，所述上蓋板的內(nèi)側(cè)對應(yīng)膜片的位置處設(shè)有向下的凸起。

上述方案中，所述膜片具有延展性，通過粘接或機械夾持的方法固定在下基板上；所述電磁線圈由金屬材料或半導(dǎo)體材料刻蝕而成，其形狀為圓形的螺旋結(jié)構(gòu)或多邊形的螺旋結(jié)構(gòu)；所述磁性件為永磁體。