《電子技術(shù)應(yīng)用》
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MEMS熱式氣體流量傳感器設(shè)計
電子技術(shù)應(yīng)用
楊紹松，劉同慶
無錫芯感智科技股份有限公司
摘要： 在工業(yè)生產(chǎn)過程中提供準(zhǔn)確的流量檢測信息對于系統(tǒng)性能的提升有著重要的作用，基于MEMS技術(shù)制造出的熱式流量傳感器通過采集溫差變化來反映管道內(nèi)流量變化，具有體積小、精度高、微流量段靈敏的特點。介紹了熱式流量傳感器的熱分布模型，利用COMSOL Multiphysics軟件對管道內(nèi)的流量傳感器進(jìn)行電場、流場和熱場的耦合仿真，確定傳感器芯片的關(guān)鍵參數(shù)。采用MEMS加工工藝制造流量傳感器芯片，搭建標(biāo)定測試平臺，對傳感器芯片進(jìn)行封裝測試。傳感器測量范圍達(dá)到300 SLM，數(shù)字輸出準(zhǔn)確度等級達(dá)到1.0，模擬輸出準(zhǔn)確度等級達(dá)到1.5。
中圖分類號：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[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，需要通過測得流體的流量來進(jìn)行生產(chǎn)的自動化控制，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量和控制[1]。汽車發(fā)動機和家用供暖鍋爐的效率和污染物排放可以通過精確控制燃燒混合物來優(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，對于微小氣體流量的檢測不夠精確。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格比等指標(biāo)極大地影響著社會各行業(yè)的發(fā)展。

20世紀(jì)60年代，隨著微機電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical System, MEMS）技術(shù)的興起，基于MEMS技術(shù)制造出來的器件具有微型化與集成化的特點，故與傳統(tǒng)工藝制造出來的大型傳感器相比，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

（無錫芯感智科技股份有限公司，江蘇 無錫 214000）


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