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          MEMS科里奧利流量傳感器的工作原理

          發表時間:2021-05-19 18:18【 閱讀量:-

            MEMS技術類似于半導體技術,但是它用于傳感器和微型機械組件,而不是電子芯片。MEMS技術的眾所周知的應用是安全氣囊傳感器,噴墨頭,壓力傳感器,麥克風,指南針,加速度計,陀螺儀和時基振蕩器。例如,智能手機包含許多MEMS組件,并且熱流量傳感器已廣泛用于空調系統中。


            MEMS芯片由晶圓制成。晶圓是由硅或玻璃制成的極其扁平的圓盤。典型的晶片的厚度為0.5毫米,直徑為6英寸。MEMS技術就是在某些區域添加層并刪除這些層。所施加的層可以是非常高質量和堅固的材料。氮化硅就是這種材料的一個例子,它是通過低壓化學氣相沉積(LPCVD)施加的,并且在800°C左右的溫度下進行。


            光刻用于定義需要去除的區域。在光刻中,光致抗蝕劑層沉積在晶片的表面上。光致抗蝕劑通過在其表面上照射光而發生化學變化,并在顯影液中有選擇地除去。


            科里奧利傳感器的優點


            大多數MEMS流量傳感器都基于熱測量原理。已經證明,這種傳感器能夠以每分鐘幾納升的速度測量液體流量。這些傳感器的優點是它們快速且非常穩定。缺點是需要針對每種特定的流體進行校準。


            科里奧利類型的流量傳感器,即包含振動管的流量傳感器不存在這個問題,在該振動管中,質量流受到科里奧利力的作用。由于科里奧利流量傳感器測量的是真實質量流量,因此科里奧利力與質量流量成正比,并且不受溫度,壓力,流量分布和流體特性的影響。


            科里奧利流量計主要用于測量大流量(每小時大于1千克),因為相對較弱的科里奧利力相應地更難檢測小流量。為了獲得足夠的靈敏度來測量每小時2克以下的超低流量,需要將傳感器尺寸和管壁厚度最小化到極限,這是常規的不銹鋼加工所無法實現的。


            MEMS技術在這里發揮了作用。我們與特溫特大學密切合作開發的一種稱為“表面通道技術”的工藝可以制造具有1微米薄的氮化硅壁的管。材料的選擇使這些管即使在極薄的壁厚下也具有機械穩定性。


            MEMS科里奧利傳感器的工作原理


            在下圖中,說明了基于MEMS的科里奧利傳感器的工作原理。演示模型中內置的傳感器基于此技術。該演示模型可以測量和控制每小時0.01克至2克的氣體和液體流量。作為MEMS技術的另一個優勢,儀器內部的科里奧利管的尺寸非常小,以至于管的共振頻率在kHz范圍內。與傳統的不銹鋼科里奧利儀器相比,這降低了對外部振動的敏感性。

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