【摘要】：微機(jī)電系統(tǒng)是指以微米級元件實(shí)現(xiàn)電路-機(jī)械轉(zhuǎn)換功能的系統(tǒng)。它是21世紀(jì)最領(lǐng)先的技術(shù)之一。微流量傳感器是微電子機(jī)械系統(tǒng)中應(yīng)用最廣的一種,與傳統(tǒng)流量計(jì)相比,它有著功耗低、響應(yīng)快、測量準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn),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(gè)領(lǐng)域,有著廣闊的前景。熱式微流量計(jì)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(jì)具有流向偵測、小流量下靈敏響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)尤其受到偏愛。然而,大流量下量熱式流量計(jì)的響應(yīng)趨于飽和甚至?xí)ъ`。為此本文提出了一種新型復(fù)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(kuò)散作用占主導(dǎo)地位,輸運(yùn)對溫度產(chǎn)生的擾動(dòng)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(jìn)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(fù)雜,一維模型的均勻來流假設(shè)無法正確預(yù)測響應(yīng)。此外,本文還得到了探測器響應(yīng)臨界變化時(shí)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(jì)。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(dòng),如果考慮額外的壓縮項(xiàng),M~2_(mi)/Re_(mi)可以獲得更好的相關(guān)性。實(shí)驗(yàn)的流量計(jì)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?dòng)轉(zhuǎn)換成電信號并被單片機(jī)(Arduino Yun)讀取。以兩個(gè)作為參考的商業(yè)流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)后,根據(jù)靈敏度劃定了流量計(jì)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(jì)與參考流量計(jì)之間對比的結(jié)果表明,本設(shè)計(jì)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(kuò)大了近三倍,最大流量量程達(dá)到140SCCM,以通道中部的尺寸計(jì),流速最大可達(dá)73m/s。此外,流量計(jì)原型系統(tǒng)中的單片機(jī)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(jì)算特定組織里紅細(xì)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(jì)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(jì)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(xì)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(jì)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(jì)提供參的量程受限，本文提出了一種以復(fù)合模式工機(jī)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(gè)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(shí)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(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH814

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

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

本文編號：2702230