[发明专利]MEMS质量流量传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种质量流量传感器，特别是公开一种MEMS质量流量传感器，包含MEMS流量传感器芯片，应用于气体质量流量的测量。

背景技术

微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）英文缩写为MEMS，是微电子技术的拓宽和延伸，它将微电子技术和精密机械加工技术相互融合，实现了微电子与机械融为一体的目标。

在流量计量的领域中，针对气体测量使用的热式质量流量计，由于其较高的精度，直接质量流量测量以及合理的价格而得到广泛的应用。但是在一些特定的气体计量场合中，对于流量传感器有较高的要求，需要有宽的量程比，出色的低流量灵敏性等等。针对这一系列的条件，传统热式质量流量计相比其他类型流量计有着较为突出的表现。但是就其自身而言，传感器的技术研发上还需要进一步的提高，以满足各种苛刻条件下也能进行稳定精确的测量。

发明内容

本发明的目的在于彻底解决传统工艺流量传感器的小流量死区和量程窄的问题，公开一种MEMS质量流量传感器，提高流量计的测量的精度、灵敏性和可靠性，而且随着产业化的推进，能够大幅度降低传感器的制造成本。

本发明是这样实现的：一种MEMS质量流量传感器，其特征在于：所述传感器为MEMS流量传感器芯片，所述MEMS流量传感器芯片的组成包括一对压焊块、一对感温元件和一对加热电阻器，所述的压焊块、感温元件和加热电阻器从外向内对称布置在芯片平面内，它们的顶端都连有热电堆，各热电堆之间相互连接，芯片的空余处都覆有不粘纳米涂层。所述MEMS流量传感器的芯片材料采用表面平整且纯净无杂质的thin-film薄膜材料，芯片的大小为7mm×2.4mm，厚度为0.15mm。所述的一对感温元件分别置于一对加热电阻器的两边；所述的一对感温元件中一个感温元件设于被测流量的上游，另一个感温元件设于被测流量的下游。

MEMS质量流量传感器通过对上下游温度差进行二次差分运算，从而在保证对低速段线性度影响较小的情况下，将流速和输出电压的关系的饱和点往后推，以致量程比扩大10倍以上。

本发明的有益效果是：MEMS流量传感器芯片封装好后，能够一体化完成流量测量和电信号输出，具有量程范围宽、响应速度快、灵敏度高、功耗低、接近零始动等优异性能。

MEMS质量流量传感器具备以下特点：体积微小，对流场的压力分布无影响，没有压力损耗，无需温度补偿，传感器直接输出电信号。热源微小，无气体流动时，不会造成气体的对流，具有优良的零点稳定性。采用大规模集成电路的生产方式制造，具有高度的一致性和可靠性，便于校准和维护。

附图说明

图1  是本发明MEMS质量流量传感器工作原理图。

图2  是本发明MEMS流量传感器的芯片结构图。

图3  是本发明MEMS流量传感器的芯片电路图。

图中：1、压焊块； 2、感温元件； 3、加热电阻器； 4、热电堆； 5、不粘纳米涂层； 6、传感器基片； 7、管道。

具体实施方式

根据附图1和2，本发明一种MEMS质量流量传感器，包括MEMS流量传感器芯片。MEMS流量传感器芯片的组成包括一对压焊块1、一对感温元件2和一对加热电阻器3。压焊块1、感温元件2和加热电阻器3从外向内对称布置在芯片平面内，它们的顶端都连有热电堆4，各热电堆之间相互连接，芯片的空余部分都覆有不粘纳米涂层5。MEMS流量传感器的芯片材料采用表面平整且纯净无杂质的thin-film薄膜材料，芯片的大小为7mm×2.4mm，厚度为0.15mm。一对感温元件2分别置于一对加热电阻器3的两边。测量时，一对感温元件中一个感温元件设于管道7中被测气体流量的上游，另一个感温元件设于管道7中被测气体流量的下游。

根据附图3，测温电阻Rtemp、加热电阻RH与其他电阻R3、R4、R6和R7组成一个电阻电桥电路，当两个铂热电阻的阻值发生变化时，电桥两端输出不同的电压信号，通过放大滤波电路U1A和U_Bs将微弱的电压信号进行放大和滤波，最终输出一个与传感器温度变化相一致的电信号。电路中同样加入了温度补偿电路，当需要温度补偿时，U_Br控制电路进行相应的温度补偿。