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高性能MEMS热膜式气体流量传感器设计

更新时间：2020-03-23 00:13:18 大小：7M 上传用户：zhengdai 查看TA发布的资源 标签：mems 气体流量传感器 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

流量传感器是一种使用十分广泛的流量检测前端器件，随着智能化的普及，工业、农业等众多领域对用来完成流量智能控制的流量传感器要求越来越高。而以热传递为基本理论的热温差型流量传感器由于其所具有的优越性能，已成为研究的热点。本课题以此为出发点，以分析影响流量传感器性能的因素为重点，设计了一种基于MEMS工艺的高性能热温差式气体流量传感器，并提出了一种新的流量传感器外围电路，实现了流量的精确测量。

采用有限元仿真软件ANSYS分析了热损失、环境温度变化、传感器敏感元件自热效应等对热式流量传感器的影响，设计了一种新的电阻结构悬浮的热膜式气体流量传感器。分析表明:热膜电阻悬浮的流量传感器的性能要优于一般传感器，其热量损失大大降低，灵敏度为一般传感器的3.6倍，理论响应时间仅为0.17ms，比一般传感器低了好几倍;在环境温度及加热电阻温度改变的过程中，发现只要两者的温度差值维持恒定，则传感器的输出信号偏差较小;热敏电阻在工作过程中会产生自热现象，但当上下游热敏电阻的功率接近且较小时，传感器的输出信号比较稳定。

在分析加工要求与约束的基础上，结合实际工艺水平，讨论可行的加工方案，设计掩膜版，制作了敏感芯片和流道，并进行了粘合和封装。完成了所设计的流量传感器芯片制作。

利用电路分析软件，从环境温度与加热电阻温度差值恒定的思路出发，结合目前补偿方法存在的不足—导线引入误差、环境温度检测电阻的自热效应使得其检测出错误的环境温度、加热电阻受被测流体冷却后使测量发生偏差以及供电电源波动的影响等，提出了一种可行的补偿方案，包括对前端信号采集电路的优化和后续单片机电路的设计，使得影响流量传感器测量性能的诸多因素被削弱，且控制也更灵活。通过分析验证，在相同测试条件下，所提出的方法比常用补偿方法的测试精度高出1.2％左右。

从分析热温差型微流量传感器的热敏电阻自热对测量的影响出发，结合惠斯通电桥作为前端信号采集电路的不足，提出了相应的解决方法。以恒流电路作为信号检测前端电路，不但可以基本消除传感器热敏电阻自热所造成的测量误差，而且改善了由于电源不稳定给传感器测量造成的影响。

根据提出的外围电路方案，设计了PCB版，将其与普通注射器改装成的标准流量发生器和单片机系统等一起构成...