一種熱式氣體質(zhì)量流量傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種熱式氣體質(zhì)量流量傳感器，包括有基體，基體上形成有隔熱空腔以及覆有絕緣薄膜，絕緣薄膜包括對(duì)應(yīng)隔熱空腔處的懸空部以及與基體附著結(jié)合的結(jié)合部，在絕緣薄膜的懸空部上設(shè)有兩個(gè)加熱熱敏電阻，兩個(gè)加熱熱敏電阻并列、對(duì)稱布置，在絕緣薄膜的結(jié)合部上設(shè)有溫度感應(yīng)電阻，所述兩個(gè)加熱熱敏電阻以及溫度感應(yīng)電阻的引腳經(jīng)導(dǎo)線連接有焊盤。本實(shí)用新型具有量程大，靈敏度高、功耗低以及可判斷氣流方向的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種熱式氣體質(zhì)量流量傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及氣體質(zhì)量流量傳感器，確切的說(shuō)是一種基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的熱式氣體質(zhì)量流量傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，熱式氣體質(zhì)量流量傳感器有熱耗散式和熱分布式。熱耗散式氣體質(zhì)量流量傳感器是在氣體流道中設(shè)置兩個(gè)溫度傳感器，一個(gè)用作加熱器；另一個(gè)用來(lái)檢測(cè)介質(zhì)氣體溫度，提供溫度補(bǔ)償。給加熱器提供一個(gè)激勵(lì)源，使加熱器升溫，并且與介質(zhì)氣體保持恒溫差，利用氣體流動(dòng)帶走熱量的原理，激勵(lì)源提高電流來(lái)維持恒溫差，由此推算出氣體流量。但是這種流量傳感器無(wú)法識(shí)別氣流方向，在脈動(dòng)氣流中(例如燃油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣、醫(yī)用呼吸機(jī)等)有較大的誤差，無(wú)法達(dá)到精確計(jì)量的目的。
[0003]熱分布式氣體質(zhì)量流量傳感器，是在加熱器的兩側(cè)分別設(shè)置一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器，測(cè)量加熱器兩側(cè)的溫度差，據(jù)此推算出氣體流量。還有一種是在加熱器的兩側(cè)分別設(shè)置一個(gè)或多個(gè)熱電堆，利用熱電效應(yīng)(塞貝克效應(yīng))測(cè)量加熱器兩側(cè)的溫度差。上述熱分布式氣體質(zhì)量傳感器好處是能夠辨別氣流方向，但是存在結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，需有四個(gè)或者四個(gè)以上的溫度傳感器；由于加熱器兩側(cè)的溫度傳感器是受到加熱器的熱影響而使溫度升高，其溫度高于介質(zhì)氣體而低于加熱器，響應(yīng)速度也較慢，并且在氣體流速達(dá)到某一程度后，上游溫度傳感器已接近于介質(zhì)氣體溫度，下游溫度傳感器也僅僅略高于介質(zhì)氣體溫度，進(jìn)一步加大流速也不能使兩側(cè)的溫度傳感器產(chǎn)生更大的溫差，達(dá)到了飽和狀態(tài)，量程范圍不夠大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，靈敏度高，以及量程范圍大的熱式氣體質(zhì)量流量傳感器。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了如下技術(shù)方案:一種熱式氣體質(zhì)量流量傳感器，包括有基體，基體上形成有隔熱空腔以及覆有絕緣薄膜，絕緣薄膜包括對(duì)應(yīng)隔熱空腔處的懸空部以及與基體附著結(jié)合的結(jié)合部，在絕緣薄膜的懸空部上設(shè)有兩個(gè)加熱熱敏電阻，兩個(gè)加熱熱敏電阻并列、對(duì)稱布置，在絕緣薄膜的結(jié)合部上設(shè)有溫度感應(yīng)電阻，所述兩個(gè)加熱熱敏電阻以及溫度感應(yīng)電阻的引腳經(jīng)導(dǎo)線連接有焊盤。
[0006]通過(guò)采用上述技術(shù)方案，控制加熱兩個(gè)加熱熱敏電阻，并用溫度感應(yīng)電阻進(jìn)行溫度補(bǔ)償，使兩個(gè)加熱熱敏電阻的平均溫度與介質(zhì)氣體溫度保持恒溫差，氣流依次流經(jīng)兩個(gè)加熱熱敏電阻，導(dǎo)致溫場(chǎng)分布變化，產(chǎn)生溫度梯度，兩個(gè)加熱熱敏電阻之間產(chǎn)生溫差，由于溫差幅度大小與氣體流速關(guān)聯(lián)，據(jù)此測(cè)量出氣體流量；本實(shí)用新型的氣體質(zhì)量流量傳感器不僅可判別氣體流動(dòng)的方向，而且兩個(gè)加熱熱敏電阻與介質(zhì)氣體直接進(jìn)行熱交換，其溫度受基體材料溫度、電路溫度、環(huán)境溫度等的影響都很小，因而具有較大的量程和較高的靈敏度的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，兩個(gè)加熱熱敏電阻位于隔熱腔處的絕緣薄膜上，溫度感應(yīng)電阻設(shè)于絕緣薄膜的結(jié)合部上，兩個(gè)加熱熱敏電阻的熱容量、熱散系數(shù)小，以及溫度感應(yīng)電阻不受加熱熱敏電阻的熱影響，有效提高傳感器的靈敏度以及測(cè)量精度；兩個(gè)加熱熱敏電阻產(chǎn)生的熱量絕大部分用于自身加熱，減少了氣體質(zhì)量流量傳感器的功耗；只采用三個(gè)電阻器即可，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]本實(shí)用新型進(jìn)一步設(shè)置為:所述的兩個(gè)加熱熱敏電阻和溫度感應(yīng)電阻上均覆蓋有鈍化保護(hù)層。
[0008]通過(guò)采用上述技術(shù)方案，鈍化保護(hù)層有效的保護(hù)上游加熱熱敏電阻、下游加熱熱敏電阻以及溫度感應(yīng)電阻，防止介質(zhì)氣體的腐蝕、氧化，污染。
[0009]本實(shí)用新型進(jìn)一步設(shè)置為:所述絕緣薄膜上設(shè)有4個(gè)焊盤，分別為焊盤a、焊盤b、焊盤c和焊盤d，所述兩個(gè)加熱熱敏電阻相鄰的引腳經(jīng)導(dǎo)線共同連接在焊盤c上，其中一個(gè)加熱熱敏電阻的另一引腳與溫度感應(yīng)電阻上與其相鄰的引腳之間經(jīng)導(dǎo)線共同連接在焊盤d上，另一加熱熱敏電阻相對(duì)于連接在焊盤C的另一引腳經(jīng)導(dǎo)線連接在焊盤b上，溫度感應(yīng)電阻相對(duì)于與焊盤d上連接的另一引腳經(jīng)導(dǎo)線連接在焊盤a上。
[0010]通過(guò)采用上述技術(shù)方案，使得傳感器上的導(dǎo)線以及焊盤得到簡(jiǎn)化。
[0011]本實(shí)用新型進(jìn)一步設(shè)置為:所述的基體邊沿設(shè)有包覆在絕緣薄膜上的固定包邊。
[0012]通過(guò)采用上述技術(shù)方案，采用固定包邊對(duì)絕緣薄膜進(jìn)行固定，方便將絕緣薄膜固定在基體上，便于加工。
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型具體實(shí)施例一的熱式氣體質(zhì)量流量傳感器俯視圖；
[0015]圖2為圖1沿著A-A的截面視圖；
[0016]圖3為本實(shí)用新型具體實(shí)施例二的熱式氣體質(zhì)量流量傳感器俯視圖；
[0017]圖4為圖3沿著B-B的截面視圖；
[0018]圖5為本實(shí)用新型具體實(shí)施例三的熱式氣體質(zhì)量流量傳感器俯視圖；
[0019]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例的電路控制原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1至5所示，本實(shí)用新型公開的一種熱式氣體質(zhì)量流量傳感器，包括有基體1，基體I可以采用硅片、陶瓷、玻璃或金屬等材料制成；在基體I上有隔熱空腔11，形成方形圍框狀基體，基體I上附著有絕緣薄膜2。絕緣薄膜2包括對(duì)應(yīng)隔熱空腔11處的懸空部21以及與基體I附著結(jié)合的結(jié)合部22。在絕緣薄膜2的懸空部21上居中設(shè)有兩個(gè)加熱熱敏電阻3，兩個(gè)加熱熱敏電阻3并列、對(duì)稱布置。在絕緣薄膜2的結(jié)合部22上設(shè)有溫度感應(yīng)電阻4，所述兩加熱熱敏電阻3以及溫度感應(yīng)電阻4的各引腳經(jīng)導(dǎo)線連接有焊盤5。在兩加熱熱敏電阻3以及溫度感應(yīng)電阻4上均覆蓋有鈍化保護(hù)層6。由于隔熱空腔11的存在，絕緣薄膜2只能通過(guò)橫向傳導(dǎo)才能將熱量傳送到基體I上，由于絕緣薄膜2的厚度僅幾微米(通常為0.5微米至100微米)，所以具有很大的熱阻。因?yàn)樯鲜鲈?，施加在加熱熱敏電?上的能量絕大部分都用于提高加熱熱敏電阻3自身的溫度，因此加熱熱敏電阻3具有很小的熱容量及熱耗散系數(shù)，兩個(gè)加熱熱敏電阻3與介質(zhì)氣體直接進(jìn)行熱交換，而且其溫度受基體材料溫度、電路溫度、環(huán)境溫度等的影響都很小，具有很好的穩(wěn)定性和具有較大的量程。這使得氣體質(zhì)量流量傳感器可以工作在相對(duì)比較小的工作電流下，從而達(dá)到了降低功率損耗的目的。同時(shí)，由于具有很小的熱容量、熱耗散系數(shù)，氣體質(zhì)量流量傳感器敏感結(jié)構(gòu)上的加熱熱敏電阻很容易就可以達(dá)到相對(duì)較高的溫度，從而具有很好的靈敏度，達(dá)到了提高測(cè)量精度的目的。
[0021]如圖1和圖2所示，為具體實(shí)施例一的熱式氣體質(zhì)量流量傳感器，絕緣薄膜2直接貼附在基體I表面上，在絕緣薄膜2的結(jié)合部22上設(shè)置有6個(gè)焊盤5，兩加熱熱敏電阻3以及溫度感應(yīng)電阻4的各個(gè)引腳對(duì)應(yīng)一個(gè)焊盤5。
[0022]如圖3和圖4所示，為具體實(shí)施例二的熱式氣體質(zhì)量流量傳感器，絕緣薄膜2貼附在基體I表面上，并在基體I邊緣上側(cè)向內(nèi)翻形成包覆固定絕緣薄膜2邊緣的固定包邊12 ；這樣較具體實(shí)施例一中，直接貼附在基體I上而言，更容易實(shí)現(xiàn)對(duì)絕緣薄膜2固定在基體I上，加工時(shí)設(shè)備要求較低，加工較為方便；在絕緣薄膜2的結(jié)合部22上設(shè)置有6個(gè)焊盤5，兩加熱熱敏電阻3以及溫度感應(yīng)電阻4的各個(gè)引腳對(duì)應(yīng)一個(gè)焊盤5。
[0023]如圖5所示，為具體實(shí)施例三的熱式氣體質(zhì)量流量傳感器，絕緣薄膜2直接貼附在基體I表面上，在絕緣薄膜2上設(shè)有4個(gè)焊盤5，為便于敘述，分別為焊盤a51、焊盤b52，焊盤c53和焊盤d54，并將兩個(gè)加熱熱敏電阻3分別命名為上游加熱熱敏電阻31和下游加熱熱敏電阻32，本具體實(shí)施例中，上游加熱熱敏電阻31與下游加熱熱敏電阻32相鄰的引腳經(jīng)導(dǎo)線連接在焊盤c53上，上游加熱熱敏電阻31另一引腳經(jīng)導(dǎo)線連接在焊盤b52上，下游加熱熱敏電阻32另一引腳與溫度感應(yīng)電阻4上與其相鄰的引腳經(jīng)導(dǎo)線連接在焊盤d54上；所述溫度感應(yīng)電阻4上相對(duì)于連接在焊盤d54上的另一個(gè)引腳連接在焊盤a51上。這樣使得焊盤個(gè)數(shù)得到簡(jiǎn)化，各電阻的導(dǎo)線布置得到簡(jiǎn)化；當(dāng)然作為本具體實(shí)施例的變形，還可以設(shè)置成5個(gè)焊盤，即將上述任一共用一個(gè)焊盤的引腳分出，采用兩個(gè)焊盤連接即可。
[0024]通常對(duì)于絕緣薄膜2直接貼附在基體I表面的設(shè)計(jì)，基體I采用硅片，或玻璃，在基體I上通過(guò)熱生長(zhǎng)氧化物形成絕緣薄膜2，再通過(guò)沉積、光刻、腐蝕等工藝形成兩個(gè)加熱熱敏電阻3、溫度感應(yīng)電阻4、以及導(dǎo)線和焊盤，然后通過(guò)氣相沉積形成鈍化保護(hù)絕緣層，在基體I上經(jīng)刻蝕工藝形成隔熱空腔11。
[0025]對(duì)于絕緣薄膜2采用包邊結(jié)構(gòu)固定在基體I上時(shí)，基體I通常采用金屬材料，通常為不銹鋼，基體為中部鏤空的圍框狀不銹鋼片，絕緣薄膜2為聚酰亞胺薄膜，在絕緣薄膜2上通過(guò)沉積、光刻、腐蝕等工藝形成兩個(gè)加熱熱敏電阻3、溫度感應(yīng)電阻4、以及導(dǎo)線和焊盤，然后涂覆聚酰亞胺形成鈍化保護(hù)絕緣層。把制作好的柔性熱式氣體質(zhì)量流量傳感器貼附在不銹鋼基體I上，采用包邊結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定。
[0026]本實(shí)用新型還可以在上述幾個(gè)實(shí)施例中進(jìn)行組合變形，如；具體實(shí)施例三中，基體I可采用固定包邊設(shè)置。
[0027]如圖6，上述實(shí)施例運(yùn)用惠斯頓電橋原理，控制加熱兩個(gè)加熱熱敏電阻3，并用溫度感應(yīng)電阻4測(cè)得介質(zhì)氣體溫度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，使兩個(gè)加熱熱敏電阻3的平均溫度與介質(zhì)氣體溫度保持恒溫差；所述調(diào)節(jié)電阻R4、調(diào)節(jié)電阻R5、采樣電阻R3、溫度感應(yīng)電阻RT、加熱熱敏電阻RHl和RH2共同組成惠斯頓電橋，運(yùn)算放大器UlA和達(dá)林頓管Ql組成一個(gè)電流放大電路，用以提供較大的加熱電流，同時(shí)與惠斯頓電橋形成對(duì)溫度感應(yīng)電阻RT的溫度補(bǔ)償控制；在輸出電路上設(shè)置運(yùn)算放大器UlB實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱熱敏電阻RHl和RH2之間的溫差信號(hào)輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種熱式氣體質(zhì)量流量傳感器，其特征在于:包括有基體，基體上形成有隔熱空腔以及覆有絕緣薄膜，絕緣薄膜包括對(duì)應(yīng)隔熱空腔處的懸空部以及與基體附著結(jié)合的結(jié)合部，在絕緣薄膜的懸空部上設(shè)有兩個(gè)加熱熱敏電阻，兩個(gè)加熱熱敏電阻并列、對(duì)稱布置，在絕緣薄膜的結(jié)合部上設(shè)有溫度感應(yīng)電阻，所述兩個(gè)加熱熱敏電阻以及溫度感應(yīng)電阻的引腳經(jīng)導(dǎo)線連接有焊盤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱式氣體質(zhì)量流量傳感器，其特征在于:所述的兩個(gè)加熱熱敏電阻和溫度感應(yīng)電阻上均覆蓋有鈍化保護(hù)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱式氣體質(zhì)量流量傳感器，其特征在于:所述絕緣薄膜上設(shè)有4個(gè)焊盤，分別為焊盤a、焊盤b、焊盤c和焊盤d，所述兩加熱熱敏電阻相鄰的引腳經(jīng)導(dǎo)線共同連接在焊盤c上，其中一個(gè)加熱熱敏電阻的另一引腳與溫度感應(yīng)電阻上與其相鄰的引腳之間經(jīng)導(dǎo)線共同連接在焊盤d上，另一加熱熱敏電阻相對(duì)于連接在焊盤c的另一引腳經(jīng)導(dǎo)線連接在焊盤b上，溫度感應(yīng)電阻相對(duì)于與焊盤d上連接的另一引腳經(jīng)導(dǎo)線連接在焊盤a上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱式氣體質(zhì)量流量傳感器，其特征在于:所述的基體邊沿設(shè)有包覆在絕緣薄膜上的固定包邊。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱式氣體質(zhì)量流量傳感器，其特征在于:所述的基體邊沿設(shè)有包覆在絕緣薄膜上的固定包邊。
【文檔編號(hào)】G01F1/86GK203414125SQ201320553791
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】張申安, 張鵠 申請(qǐng)人:張申安