發(fā)布時間：2020-06-08 00:27

【摘要】：微機電系統(tǒng)是指以微米級元件實現(xiàn)電路-機械轉(zhuǎn)換功能的系統(tǒng)。它是21世紀最領(lǐng)先的技術(shù)之一。微流量傳感器是微電子機械系統(tǒng)中應(yīng)用最廣的一種,與傳統(tǒng)流量計相比,它有著功耗低、響應(yīng)快、測量準等優(yōu)點,可應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空航天、生物研究、臨床診斷等多個領(lǐng)域,有著廣闊的前景。熱式微流量計憑借其簡單的結(jié)構(gòu)、可靠的性能,最為人們所采用,其中量熱式流量計具有流向偵測、小流量下靈敏響應(yīng)的優(yōu)點尤其受到偏愛。然而,大流量下量熱式流量計的響應(yīng)趨于飽和甚至會失靈。為此本文提出了一種新型復合工作模式的熱感微流量傳感器:它能靈活地切換量熱與熱線工作模式,從而不失靈敏度地拓寬量程.通過二維、可壓縮、變物性的共軛傳熱(流-固耦合傳熱)數(shù)值仿真,本文呈現(xiàn)了大流量跨度下(0.01-160SCCM)芯片通道內(nèi)的流型,并研究了它對溫度場的影響。在小流量下,熱擴散作用占主導地位,輸運對溫度產(chǎn)生的擾動可以看作是一階線性的,由此探測器溫差對流速的響應(yīng)是線性的。隨著流量的增大,固體域周圍的邊界層受到破壞,從而使更多的熱量被攜帶到下游。由于對流換熱的非線性本質(zhì),溫差響應(yīng)趨于平緩。進一步增大流量,會凸顯粘性耗散對探測器的作用,尤其是在前翼。由于劇烈的摩擦產(chǎn)生大量的熱,探測器的溫度上升,溫差隨著流量的增大而下降,探測器失靈。另外,大流量下通道的流型變得復雜,一維模型的均勻來流假設(shè)無法正確預測響應(yīng)。此外,本文還得到了探測器響應(yīng)臨界變化時相關(guān)的無量綱數(shù),它們可以根據(jù)相似原理用于今后的優(yōu)化設(shè)計。加熱器的功率響應(yīng)在大流量下依然保持良好的靈敏度。另外,功率對流量的關(guān)系可以用修正后的King’s Law擬合,具有良好的相關(guān)性。對于可壓縮流動,如果考慮額外的壓縮項,M~2_(mi)/Re_(mi)可以獲得更好的相關(guān)性。實驗的流量計系統(tǒng)芯片由Invensense公司0.18μm CMOS-MEMS的工藝制造而成。經(jīng)過簡易封裝、電路搭建后,芯片能夠?qū)⒘鲃愚D(zhuǎn)換成電信號并被單片機(Arduino Yun)讀取。以兩個作為參考的商業(yè)流量計進行校準后,根據(jù)靈敏度劃定了流量計兩種工作模式(量熱式、熱線式)的切換臨界流量,并分別用不同函數(shù)擬合。新型流量計與參考流量計之間對比的結(jié)果表明,本設(shè)計有良好的精度,相對誤差在±2%之內(nèi)。另外,它的量程相比之前的工作模式擴大了近三倍,最大流量量程達到140SCCM,以通道中部的尺寸計,流速最大可達73m/s。此外,流量計原型系統(tǒng)中的單片機整合有無線傳輸模塊,這樣就能將采集到的數(shù)據(jù)上傳到云端服務(wù)器,有望用于未來物聯(lián)網(wǎng)節(jié)能建筑中暖通系統(tǒng)的流量監(jiān)控。
【圖文】：

由此可以計算特定組織里紅細胞的基于傳熱原理研發(fā)的，相比于非熱早的熱感式微流量計誕生于 1974 年給其加裝上了微通道 (Micro Chann微加工技術(shù)的成熟，微流量計系統(tǒng)讀取相關(guān)電信號[12]。感式流量傳感器的核心，它由流量工作模式：恒溫 (Constant Temper，熱式流量傳感器可以分為：熱c)、飛渡式(Time of flight)。式流量傳感器的加熱裝置由細金屬其發(fā)熱并向周圍傳遞熱量。熱線以能建立功率與流量的關(guān)系。

圖 1.12 某種量熱式流量計三種工作模式的輸出曲線過二維、可壓縮、變物性的共軛傳熱（流-固(0.01-160SCCM)微傳感器芯片通道內(nèi)的流型輸出變化的因素，為今后的優(yōu)化設(shè)計提供參的量程受限，本文提出了一種以復合模式工機地結(jié)合在一起。ttion 與 Middelhoek 研制了第一片硅基微流量傳感器安裝在管道壁面，用以監(jiān)測流速。 發(fā)明了用于小流量檢測的微流傳感器[10]。Tabata[20]制造了一個熱式流量傳感器，，它是恒對應(yīng)關(guān)系。由于在傳感器與硅基座間新添加n) 來絕熱，其響應(yīng)時間僅為 100ms。黃金彪[21]采用平面 CMOS 工藝制備了恒溫式 型金氧半場效晶體管 (N-type Metal-Oxide-S
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH814

【參考文獻】

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1 童勤義,黃金彪;CMOS集成硅流量傳感器[J];電子學報;1987年01期

本文編號：2702230