[发明专利]一种基于电磁控制阀的MEMS质量流量控制器及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于电磁控制阀的MEMS质量流量控制器及控制方法，包括壳体、质量流量传感器和膜片，壳体包括下基板、上盖板以及由二者围成的气流通道；质量流量传感器设置在下基板上靠近气流通道的入口一侧；膜片设置在下基板上靠近气流通道的出口一侧；膜片两端设置于下基板上，膜片中部与下基板之间设有振动空隙；膜片下表面设置磁性件，上盖板或下基板上与磁性件对应的位置处设置有电磁线圈。本发明利用质量流量传感器对气体流量进行精确测量并实时反馈，作为调节电磁线圈通电状态的依据，进而利用磁力驱动膜片发生形变，改变气流通道大小，以实现对微小流量的高精度控制。

技术领域

本发明涉及流量测控技术领域，特别涉及一种基于电磁控制阀的MEMS质量流量控制器及控制方法。

背景技术

流量测量和控制是工业生产和科学研究的基本需求。质量流量控制器作为一种能够直接对气体的质量流量进行测量和控制的器件，在半导体和集成电路、石油化工、真空镀膜、医药、环保等诸多领域发挥着重要作用。质量流量控制器的核心部件包括质量流量传感器和电磁调节阀。其中，传感器可实现对气体质量流量的精确测量，电磁调节阀则可根据测量结果对流量进行调节、控制。

目前，国内的质量流量控制器中，传感器通常利用毛细管传热温差量热法的原理，在毛细管的上下游各制作一组热敏电阻丝，并外接两个精密电阻，构成电桥结构。工作时，对电桥进行加热，若有气流通过，则会导致上下游的热敏电阻丝温度不同，电桥输出一个正比于气体质量流量的电压信号。电磁调节阀通常由许多精密机加工而成的零部件装配而成。这种控制器的制作工艺复杂，价格昂贵，控制微小流量时精度差；此外，长期使用还存在零飘和颗粒物污染的问题，维护成本高。

随着MEMS技术的快速发展，采用该技术制作的传感器和执行器因具有结构简单、体积小、成本低、精度高等诸多优点而备受关注。因此，发展一种MEMS质量流量控制器具有重要意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于电磁控制阀的MEMS质量流量控制器及控制方法，具有结构简单、体积小、成本低、制备可控性强的特点，适合微小流量的高精度控制。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于电磁控制阀的MEMS质量流量控制器，包括壳体以及位于壳体内部的质量流量传感器和膜片，所述壳体包括下基板、上盖板以及由二者围成的气流通道；所述质量流量传感器设置在下基板上靠近气流通道的入口一侧；所述膜片设置在下基板上靠近气流通道的出口一侧；所述膜片两端设置于下基板上，所述膜片中部与下基板之间设有振动空隙；所述膜片下表面设置磁性件，所述上盖板或下基板上与磁性件对应的位置处设置有电磁线圈，所述上盖板上的电磁线圈与磁性件相互朝向的磁极之极化方向相反，所述下基板上的电磁线圈与磁性件相互朝向的磁极之极化方向相同；

所述质量流量传感器采用MEMS工艺制作而成，并通过粘接的方法固定在下基板上，所述质量流量传感器包括：

衬底，设有沿上下向贯通的隔热腔体；

支撑层，形成于衬底及隔热腔体上；

加热元件，形成于支撑层的上表面，且局部位于隔热腔体的上方；

感温元件，形成于支撑层的上表面，两个感温元件对称分布在加热元件的两侧，且局部位于隔热腔体的上方；

金属层，形成于支撑层的上表面；

绝缘层，覆盖加热元件、感温元件及金属层，且绝缘层上通过局部刻蚀形成暴露出部分金属层的接触孔。

上述方案中，所述膜片的位置低于所述质量流量传感器的位置，所述上盖板的内侧对应膜片的位置处设有向下的凸起。

上述方案中，所述膜片具有延展性，通过粘接或机械夹持的方法固定在下基板上；所述电磁线圈由金属材料或半导体材料刻蚀而成，其形状为圆形的螺旋结构或多边形的螺旋结构；所述磁性件为永磁体。