一种热温差式悬空结构气体流量传感器设计.pdf

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1、84传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2013年第32卷第2期一种热温差式悬空结构气体流量传感器设计李辉，朱向冰，王建亮(1．安徽师范大学物理与电子信息学院，安徽芜湖241000；2．北方光电集团焦作研究所。河南焦作454150)摘要：基于热温差原理，利用MEMS技术加工制备出高灵敏度微型气体流量传感器。该流量传感器采用热敏电阻器悬空结构，其热隔离性能较好，并利用温度系数大的VO制备热敏电阻器；同时，利用机械性能和密封性能好的SU-8胶制备气流沟道，工艺简单，稳定性好，且

2、成本较低，适合批量生产。实验表明：当传感器处于适当偏压下时，在0-30mL／min的流速范围内响应速度快，灵敏度高，而且具有良好的线性度，适合生化检测、医疗等领域的应用。关键词：气体流量传感器；微机电系统；热温差原理；热敏电阻器；悬空结构；VO中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2013)02-0084-03Designofathermaltemperaturedifferencesuspended-structuregasflowsensorLIHui，ZHUXiang．bing，WANGJia

3、n．1iang(1．SchoolofPhysicsandElectronicInformation，AnhuiNormalUniversity，Wuhu241000，China；2．JiaozuoInstitute，NorthernGroupofPhotoelectric，Jiaozuo454150，China)Abstract：Ahigh—sensitivitygasflowmicrosensorisfabricated，basedonthermaltemperaturedifferenceprinciple，byusing

4、MEMStechnology．Thisflowsensoradoptsthermistorsuspendedstructure，whichhasgoodheatisolationperformance，andthermistorsarefabricatedbyusinghightemperaturecoefficientVO2，andtheflowchannelismadeupofSU-8gluethathasexcellentmechanicalandisolationperformances，andthistechnolo

5、gyissimple，stable，andsuitableforbatchproductionbecauseoflowcost．Theexperimentshowsatproperbiasvoltage，thesensorhasfastresponsespeed，highsensitivity，andgoodlinearityattheflowvelocityrangeof0～30mL／min，whichfitsfortheapplicationsinbiochemicaldetectionandmedicalfields．K

6、eywords：gasflowsensor；micro—electro—mechanicalsystems(MEMS)；thermaltemperaturedifferenceprinciple；thermistor；suspendedstructure；VO20引言感器因其固有的优点，使得人们对其在分析仪器和医疗卫流量测量是工业界基本的需求，在冶炼、化工、能源等生等领域的应用Et益关注J。领域是不可或缺的。目前，厂矿企业广泛使用的流量计有本文利用MEMS技术加工制备了微型气体流量传感涡轮流量计、罗茨流量计和皮膜式流量计等，这

7、类流量计技器，设计悬空式热敏电阻器，并采用机械性能和密封性能好术成熟，性能可靠，精度也能满足要求。但是这些流量计大的SU-8胶制备气流沟道，这种设计具有灵敏度高、工艺简都是机械式设备，应用于生化、医疗等领域就显得不太合单、成本较低、适合批量生产等特点，能够满足生化检测、医适，往往存在起始量程偏大，量程范围小，需要温度压力补疗等领域的应用。偿以及体积重量偏大等问题”。由于这些领域需要的微1传感器工作原理流体测量控制系统的流量范围大都位于L／min—mL／min，热温差式流量传感器是以托马斯提出的“流体的放热因此，微流量传感器需要

8、具有精度高、体积小、功耗低、响应量或吸热量与其质量流量呈正比”的理论为基础，利用流时间短等特点。随着微机电系统(micro—electro—mechanical动过程中加热元件(热源)两侧的温度分布来反演流量与systems，MEMS)技术的Et益发展，基于此类技术的流量传流