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1、第14卷第2期功能材料与器件学报Vol114,No122008年4月JOURNALOFFUNCTIONALMATERIALSANDDEVICESApr.,2008文章编号:1007-4252(2008)02-0283-05一种MEMS微流量传感器的设计与分析刘亚欣,陈立国,孙立宁(哈尔滨工业大学,机器人研究所,黑龙江150080)摘要:近年来,用于生物,制药等领域的微量试剂自动化分配技术不断发展,往往需要进行微量快速的液体流量检测。本文设计了一种基于压差原理,通过测量液体流过精密微流量通道产生的压差实现流速快速测量的集成高速微流量
2、传感器,并用MEMS技术进行本体结构和微流体通道的制作。通过理论计算以及传感器静态和动态建模分析,指出了结构尺寸设计原则,为结构设计提供理论依据,保证了传感器微量快速检测性能的实现。最后通过有限元分析软件对流量传感器结构尺寸进行受力和变形分析,并利用集总建模分析方法,对传感器进行动态特性分析。分析表明传感器在最大系统压力下变形和应力符合要求,响应速度可以达到1KHz以上,具有响应时间短,结构紧凑,功耗小的特点,特别适合于高通量自动化微量试剂操作系统中微流量的快速测量。关键词:流量传感器;微机械系统;传感器建模中图分类号:TB308
3、文献标识码:AIntegratedhigh-speedflowsensorbasedonpressuredifferencemeasuringLIUYa2xin,CHENLi2guo,SUNLi2ning(Roboticsinstitute,Harbininstituteoftechnology,Heilongjiang150080,China)Abstract:Duringthepastdecade,high-throughputvolumetransfersofliquidsinthesubmicroliterrangehav
4、ebecomeanimportantfeatureofliquid-handlingroboticinstrumentsinproteincrystallization,drugdiscoveryandmedicaldiagnostics.Applicationsrequiringquicklymeasurementofsubmicrolitertonanol2iterquantitiesflowratetoprovideclosed-loopcontrolforaccuratelydispensingliquidswithala
5、rgerangeofviscositiesanddetectingairbubblesornozzleclogsinrealtime.Inthispaper,anintegratedhigh-speedliquidflowsensorbasedonthemeasurementofthepressuredifferenceacrossaflowrestrictionispresented.Themicro-fluidicchannelwasetchedonthebacksideoftwoSiliconpiezo-resistivep
6、res2suresensors.Equationsarederivedtodescribethesensorbehaviorbothstaticallyaswellasdynamically,whichishelpfulforsensordimensiondesigning.Fromthedynamicsanalyses,aworkingrangebandwidthofabout1KHzisexpected.Thesensor'slowdeadvolume,highspeedandaccuracyallowittocontrols
7、ubmicrolitertonanoliterliquidquantities.Keywords:flowsensor;MEMS;modeling收稿日期:2007-07-20;修订日期:2007-09-22作者简介:刘亚欣(1981-),女,黑龙江双鸭山人,博士生,主要从事生物微操作方向研究.284功能材料与器件学报14卷表1文中符号意义和单位0引言Table1parametersandunitsusedinthispaper近年来,生物、制药等领域实验操作中采用基于符号意义单位符号意义单位高速电磁阀控制的非接触式分配方法,利用
8、调整电ΔP压差N/m2a膜边长m3磁阀开关时间和系统压力大小来实现微量体积试剂Qv流速M/sh膜厚度m2快速高通量分配操作。然而,由于生物、制药等领域C摩擦因数-P压强N/m22需要分配的试剂种类多粘度特性各异μ粘度Ns/mσ应力N/m,须针对试剂
