流量傳感器的原理及構(gòu)造

       流量傳感器是檢測氣體流量及流速的傳感器。流量傳感器一般有旋槳式、浮子式、超聲波式、熱線式等。歐姆龍的流量傳感器采用 MEMS 熱線式，與其他類型相比具有相對(duì)優(yōu)異的特性。

各種流量傳感器的方式及其特點(diǎn)

一、流量傳感器的構(gòu)造

       歐姆龍的流量傳感器為氣體專用，可測量各種氣體的質(zhì)量流量。流量傳感器的基本構(gòu)成由測量流量的 MEMS 流量傳感器芯片、放大其輸出的放大電路、以及根據(jù)使用用途經(jīng)CAE(computer-aided engineering)優(yōu)化的流路結(jié)構(gòu)構(gòu)成。由于氣流是矢量流，因此這三個(gè)構(gòu)成要素的優(yōu)化設(shè)計(jì)非常重要。

流量傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)例

       歐姆龍的 MEMS 流量傳感器有以下 3 大類。它們分別是輸出流量的質(zhì)量流量傳感器、輸出流速的風(fēng)量傳感器、檢測細(xì)微差壓的差壓傳感器。

       流量傳感器的形狀及尺寸因被測氣體的種類、流量、接頭形狀而異。

       MEMS 流量傳感器芯片的基本結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。這種傳感器芯片采用使用熱線的質(zhì)量流量檢測方式。其芯片中央具有加熱器，上游側(cè)的熱電堆 (A)及下游側(cè)熱電堆 (B)配置在加熱器的兩側(cè)，熱電堆附近配置有基座測溫體，它們均是采用半導(dǎo)體工藝制造的。加熱器和熱電堆列組的底部形成空腔，使得熱電堆可高效檢測加熱器的熱量。

流量傳感器芯片結(jié)構(gòu) 

二、質(zhì)量流量傳感器的檢測原理

       如圖 4 所示，恒定電流流向芯片中央的加熱器，產(chǎn)生熱量。無風(fēng)時(shí)，加熱器周圍的熱分布是對(duì)稱的，因此 Vu 和 Vd 兩個(gè)熱電堆的電動(dòng)勢相等。

       另一方面，傳感器表面有氣體流動(dòng)時(shí)，熱源隨著氣流偏向下游側(cè)，下游熱電堆的電動(dòng)勢變大，Vd＞Vu。兩個(gè)熱電堆的輸出差大致與通過傳感器表面的氣體質(zhì)量流量的平方根成正比。輸出靈敏度和質(zhì)量流量取決于氣體的組成比。可以通過放大電路進(jìn)行放大，以電子方式檢測氣體流量。風(fēng)量傳感器經(jīng)調(diào)整后輸出的電壓與質(zhì)量流量為 25°C、101.3kPa 時(shí)的流速相當(dāng)。

       當(dāng)流動(dòng)方向垂直于熱電堆和加熱器時(shí)。