專利名稱：一種柴油流量傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及流量傳感器，具體涉及一種柴油流量傳感器。
背景技術：
隨著信息技術的高速發(fā)展，流量傳感器及其系統(tǒng)在發(fā)電機組的應用比例越來越大，流量測量方法和儀表的種類繁多，分類方法也很多，至今為止，可供工業(yè)用的流量儀表種類達60種之多，品種如此之多的原因就在于至今還沒找到一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量儀表，尤其對于柴油發(fā)電機組的柴油流量的測量，國內外至今沒有一個很好的測量儀器。如現(xiàn)有的電磁流量傳感器，它具有傳導性的流體在流經電磁場時，通過測量電壓可得到流體的速度。但不能測量電導率很低的液體，如石油制品；不能用于較高溫度。 柴油發(fā)電機組工作環(huán)境差，溫度高、電磁干擾強，對流量傳感器要求特別嚴格，在柴油流量傳感器的研發(fā)過程中，不僅要選用性能優(yōu)異的芯片材料和元器件，還要設計出抗震性好、耐高溫、耐腐蝕，而且還要在電路設計中采用集成化和抗電磁干擾措施，以提高流量傳感器工作的可靠性和對不同環(huán)境的適應性。
發(fā)明內容為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種柴油流量傳感器，能夠測柴油流動時液體從芯片表面帶走的熱量，感應出在芯片表面的微小空間里的熱場分布變化，并且直接轉換為毫伏級電壓輸出信號，本實用新型無機械運動部件，具有絕緣強度高、耐腐蝕性好、外圍電路簡單，可靠性高、抗電磁干擾能力強的特點。為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是這樣實現(xiàn)的一種柴油流量傳感器，包括陶瓷底板11，陶瓷底板11的中部設置有單晶硅襯底15，單晶硅襯底15通過膠粘劑依次粘接有參考電阻12、上游熱電偶13A、加熱元14和下游熱電偶13B形成傳感器芯片，傳感器芯片通過金絲16與焊盤17相連接，焊盤17與集成電路18相連接。所述的單晶硅襯底15經過各向異性腐蝕，形成一個單晶硅的熱隔離薄膜，并經過氮化處理，且其上鍍有絕緣薄膜。所述的膠粘劑采用中藍辰光生產的DG-3S膠粘劑。所述的集成電路18采用ZMD31010芯片。本實用新型采用耐腐蝕、抗老化塑料為磨具，采用專用粘合劑，使檢測芯片牢靠、穩(wěn)定的固定在磨具中，具有很好的密封性和抗老化性。滿足了柴油發(fā)電機組工作時產生的劇烈震動，避免了管道接口由于長期工作產生滲油、漏油，本產品無機械運動部件、結構簡單、安裝方便、可靠性高、便于批量生產等優(yōu)點，符合柴油發(fā)電機或發(fā)動機的油耗計量。
[0011]圖I為本實用新型的結構示意圖。圖2是傳感器芯片的切面圖。圖3是傳感器無流量時等溫線示意圖。圖4是傳感器有由左至右的流量時等溫線示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的結構原理和工作原理作詳細敘述。參照圖1，圖2 —種柴油流量傳感器，包括陶瓷底板11，陶瓷底板11的中部設置有單晶娃襯底15，單晶娃襯底15通過I父粘劑依次粘接有參考電阻12、上游熱電偶13A、加熱兀14和下游熱電偶13B形成傳感器芯片，傳感器芯片通過金絲16與焊盤17相連接，焊盤17與集成電路18相連接。所述的單晶硅襯底15經過各向異性腐蝕，形成一個單晶硅的熱隔離薄膜，并經過氮化處理，且其上鍍有絕緣薄膜。所述的膠粘劑采用中藍辰光生產的DG-3S膠粘劑。所述的集成電路18采用ZMD31010芯片，是進口可編程數字集成芯片，具有高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性等優(yōu)點。它能方便對輸出的電壓差信號進行放大處理。通過計算機進行調試，簡單方便。當給柴油流量傳感器，配一臺二次顯示儀表，即可直觀明了的觀測流量體積。本實用新型的工作原理為加熱元14對上游熱電偶13A和下游熱電偶13B的熱結加熱。兩個熱電偶熱結冷結之間的溫度梯度導致輸出電壓，即本征賽貝克效應，指由于兩種不同電導體或半導體的溫度差異而引起兩種物質間的電壓差的熱電現(xiàn)象。當管道內柴油靜止時，等溫線沿垂直加熱元14中部的直線對稱分布，加熱元14兩側對稱位置的溫度是相同的，參照圖3，即上游熱電偶13A和下游熱電偶13B輸出電壓基本相等，則兩個熱電偶輸出電壓差值接近零毫伏；當管道柴油從左向右流動時，等溫線向右側傾斜。加熱元14兩側對稱位置的溫度不再相同，請參照圖3，即上游熱電偶13A和下游熱電偶13B輸出電壓不在相等，則兩個熱電偶輸出電壓就會存在一個差值。上游熱電偶13A和下游熱電偶13B的溫差越大，兩個熱電偶輸出電壓差也就越大，即輸出信號越大。此外，芯片上還有一個參考電阻12，提供環(huán)境溫度參數，為溫度補償電路提供參數。本實用新型的柴油流量傳感器和傳統(tǒng)的柴油流量傳感器接線方式完全一致，避免了同類產品的接線復雜化，并可直接與二次顯示儀器、流量控制報警裝置連接，指示柴油發(fā)電機、發(fā)動機供油管道流量大小以及提供管道流量報警。與傳統(tǒng)的柴油流量傳感器相比，本項目的柴油流量傳感器無機械運動部件，絕緣強度高、耐腐蝕性好、外圍電路簡單，可靠性高、抗電磁干擾能力強等優(yōu)點。本實用新型具有獨特的隔熱設計方案，如圖2所示，單晶硅襯底15經過各向異性腐蝕，形成一個單晶硅的熱隔離的薄膜。經過氮化處理，增加單晶硅的內應力和降低單晶硅的熱導率。然后，再鍍一層絕緣薄膜，將參考電組，熱偶堆，加熱元固定在其上面，這樣就組成了傳感器的芯片。本產品采用中藍辰光生產的DG-3S膠粘劑，這種膠黏劑曾獲得國際日內瓦金獎，具有很好的異種材料粘接度，保證芯片與陶瓷底板11的牢靠性和殼體的密封性。本實用新型自主設計了數字化厚膜溫度補償電路，如圖4，當測試環(huán)境溫度升高時，參考電阻12上的電壓也會更著升高，通過溫度放大器后，輸出一個基準電壓，之后疊加到電偶堆13A的輸出信號上，再通過集成電路18的前置可編程放大器放大，然后，通過集成電路18A/D轉換，數據處理芯片對信號進補償。最后，進過D/A轉換，輸出模擬電壓信號。本實用新型整個電路的電阻選用低溫漂(25ppm)厚膜電阻，省去了焊接造成的虛焊干擾，通過激光器對電阻進行阻值精確定位，解決了電阻阻值在生產過程中的不一致問題，保證了傳感器輸出的高精度。選用激光器型號JT-KW50。當被測柴油靜止在管道內時，兩個對稱分布的熱電偶之間，由于中間加熱元的均勻加熱，形成一個以加熱元為對稱軸的溫度差，即一個穩(wěn)定的溫度梯度，根據本征賽貝克效應。熱偶堆熱結和冷結之間的溫度梯度導致輸出微弱的毫伏電壓信號，也就是一個穩(wěn)定的毫伏電壓信號輸出，當被測柴油在管道內流動時，原有的穩(wěn)定狀態(tài)被打破，形成一個新的溫度差(即溫度梯度)。根據本征賽貝克效應，就會輸出一個對應此時流量的一個穩(wěn)定的毫伏·電壓信號。柴油流量和輸出電壓信號成比例。通過后端智能放大電路，對輸出電壓信號進行歸一化處理，即可輸出標準工業(yè)電壓信號。再將此信號送入二次顯示儀器，即可直觀地監(jiān)測管道內柴油的瞬時流量。本產品試驗的柴油流量是，在柴油的流量大小為9L/h的情況下，熱電偶輸出的電壓信號大概為55mV。通過數字化電路校準，最后輸出5V，即量程范圍0-9L/h對應電壓0-5V輸出。
權利要求1.一種柴油流量傳感器，其特征在于，包括陶瓷底板(11)，陶瓷底板(11)的中部設置有單晶硅襯底(15)，單晶硅襯底(15)通過膠粘劑依次粘接有參考電阻(12)、上游熱電偶(13A)、加熱元(14)和下游熱電偶(13B)形成傳感器芯片，傳感器芯片通過金絲(16)與焊盤(17)相連接，焊盤(17)與集成電路(18)相連接。
2.根據權利要求I所述的一種柴油流量傳感器，其特征在于，所述的單晶硅襯底(15)經過各向異性腐蝕，形成一個單晶硅的熱隔離薄膜，并經過氮化處理，且其上鍍有絕緣薄膜。
3.根據權利要求I所述的一種柴油流量傳感器，其特征在于，所述的膠粘劑采用中藍辰光生產的DG-3S膠粘劑。
4.根據權利要求I所述的一種柴油流量傳感器，其特征在于，所述的集成電路(18)采用ZMD31010芯片。
專利摘要一種柴油流量傳感器，陶瓷底板的中部設置有單晶硅襯底，單晶硅襯底通過膠粘劑依次粘接有參考電阻、上游熱電偶、加熱元和下游熱電偶形成傳感器芯片，傳感器芯片通過金絲與焊盤相連接，焊盤與集成電路相連接，加熱元對上游熱電偶和下游熱電偶的熱結加熱，當管道柴油從左向右流動時，加熱元兩側對稱位置的溫度不再相同，則兩個熱電偶輸出電壓就會存在一個差值，電壓差也就越大，本實用新型無機械運動部件，具有絕緣強度高、耐腐蝕性好、外圍電路簡單，可靠性高、抗電磁干擾能力強的特點。
文檔編號G01F1/56GK202494479SQ20122012581
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月29日 優(yōu)先權日2012年3月29日
發(fā)明者黃新華 申請人:寶雞恒通電子有限公司