《電子技術(shù)應(yīng)用》
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MEMS热式气体流量传感器设计
电子技术应用
杨绍松，刘同庆
无锡芯感智科技股份有限公司
摘要： 在工业生产过程中提供准确的流量检测信息对于系统性能的提升有着重要的作用，基于MEMS技术制造出的热式流量传感器通过采集温差变化来反映管道内流量变化，具有体积小、精度高、微流量段灵敏的特点。介绍了热式流量传感器的热分布模型，利用COMSOL Multiphysics软件对管道内的流量传感器进行电场、流场和热场的耦合仿真，确定传感器芯片的关键参数。采用MEMS加工工艺制造流量传感器芯片，搭建标定测试平台，对传感器芯片进行封装测试。传感器测量范围达到300 SLM，数字输出准确度等级达到1.0，模拟输出准确度等级达到1.5。
中圖分類(lèi)號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256498
中文引用格式： 楊紹松，劉同慶. MEMS熱式氣體流量傳感器設(shè)計(jì)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(10)：112-116.
英文引用格式： Yang Shaosong，Liu Tongqing. Design of MEMS thermal gas flow sensors[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(10)：112-116.
Design of MEMS thermal gas flow sensors
Yang Shaosong，Liu Tongqing
(Wuxi XinGanZhi Technology Co.， Ltd.
Abstract： Providing accurate flow information in industrial production plays an important role in improving system performance. The thermal flow sensor based on MEMS technology reflects the flow change in the pipeline by collecting the temperature difference change, which has the characteristics of small volume, high precision and sensitive micro-flow section. In this paper, the thermal distribution model of thermal flow sensor is introduced, and the coupling simulation of electric field, flow field and thermal field of flow sensor in pipeline is carried out by COMSOL Multiphysics software to determine the key parameters of sensor chip. The flow sensor chip is manufactured by MEMS processing technology, and a calibration test platform is built to package and test the sensor chip. The measuring range of the sensor reaches 300 SLM, and the accuracy level of digital output reaches 1.0 and that of analog output reaches 1.5.
Key words : flow detection；COMSOL simulation；thermal flow sensor

引言

在工業(yè)生產(chǎn)和過(guò)程控制等領(lǐng)域，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，很多關(guān)鍵指標(biāo)就需要精確計(jì)量。特別是在能源、醫(yī)療以及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)等領(lǐng)域中，需要通過(guò)測(cè)得流體的流量來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)的自動(dòng)化控制，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

氣體流量傳感器在許多應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用，許多工業(yè)過(guò)程的可行性和可靠性很大程度上取決于氣體流量的精確測(cè)量和控制[1]。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)和家用供暖鍋爐的效率和污染物排放可以通過(guò)精確控制燃燒混合物來(lái)優(yōu)化。傳統(tǒng)的流量傳感器如差壓式流量傳感器、容積式流量傳感器等，其體積較為龐大，對(duì)于微小氣體流量的檢測(cè)不夠精確。而流量傳感器的精度、穩(wěn)定性及適應(yīng)工作環(huán)境能力、智能化水平和性能價(jià)格比等指標(biāo)極大地影響著社會(huì)各行業(yè)的發(fā)展。

20世紀(jì)60年代，隨著微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical System, MEMS）技術(shù)的興起，基于MEMS技術(shù)制造出來(lái)的器件具有微型化與集成化的特點(diǎn)，故與傳統(tǒng)工藝制造出來(lái)的大型傳感器相比，其功耗更低，可進(jìn)一步提升工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化以及可靠性水平。


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作者信息：

楊紹松，劉同慶

（無(wú)錫芯感智科技股份有限公司，江蘇 無(wú)錫 214000）


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