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小型化到极致:微科里奥利质量流量传感器

来源:    发布日期:2019-04-28 14:31:07    作者:

    在这篇博客中,我想分享基于MEMS的科里奥利仪器的开发,该仪器是目前世界上流量最低的科里奥利质量流量传感器。MEMS是Micro Electro Mechanical System的缩写。这种独特的科里奥利仪器现在可用于现场测试。
MEMS(微机电系统)技术
    MEMS技术类似于半导体技术,但它适用于传感器和微型机械组件而不是电子芯片。众所周知的MEMS技术应用包括安全气囊传感器,喷墨头,压力传感器,麦克风,指南针,加速度计,陀螺仪和时基振荡器。例如,智能手机包含许多MEMS组件,热流传感器广泛用于空调系统。
    MEMS芯片由晶圆制成。晶圆是非常扁平的圆盘,由硅或玻璃制成。典型的晶片厚度为0.5mm,直径为6英寸。MEMS技术就是在某些领域添加层并去除这些层。施加的层可以具有非常高的质量和坚固的材料。氮化硅是这种材料的一个例子,它通过低压化学气相沉积(LPCVD)施加,并且在约800℃下进行。
    光刻用于定义需要移除的区域。在光刻中,在晶片的表面上沉积一层光致抗蚀剂。通过在其表面上照射光来化学改变光致抗蚀剂,并且在显影溶液中选择性地去除光致抗蚀剂。
科里奥利传感器的优点
    大多数MEMS流量传感器都基于热测量原理。已经证明,这种传感器能够测量低至每分钟几纳升的液体流量。这些传感器的优点是它们快速且非常稳定。缺点是需要针对每种特定流体校准它们。
    科里奥利类型的流量传感器,即包含振动管的流量传感器,其中质量流受到科里奥利力,但没有这个问题。由于科里奥利流量传感器测量的是真实的质量流量,因此科里奥利力与质量流量成正比,与温度,压力,流量分布和流体属性无关。
    科里奥利流量计主要用于测量大流量(> 1千克/小时),因为相对较弱的科里奥利力相对较难检测小流量。为了获得足够的灵敏度来测量每小时低于2克的超低流量,传感器尺寸和管壁厚度需要最小化到极限,这是传统加工不锈钢所不可能的。
    MEMS技术在这里发挥作用。我们与特温特大学密切合作开发的一种称为“表面通道技术”的工艺允许制造具有1微米薄氮化硅壁的管。材料的选择使这些管即使在这种极薄的壁厚下也能机械稳定。
操作原理,基于MEMS的科里奥利传感器
    在下图中,解释了基于MEMS的科里奥利传感器的操作原理。内置于演示模型中的传感器基于此技术。该演示模型可以测量和控制每小时0.01至2克的气体和液体流量。作为MEMS技术的另一个优点,仪器内部的科里奥利管具有如此小的尺寸,使得管的谐振频率在kHz范围内。与传统的不锈钢科里奥利仪器相比,这导致对外部振动的敏感性较低。
演示模型用于现场测试的微科里奥利技术
    我们目前提供微型科里奥利传感器技术的演示模型,该技术配备了板载通信接口,可集成到任何可用的应用中。该演示模型称为BL100,可带或不带阀门进行流量控制。我们在微流体学中看到了BL100的应用,例如生命科学,芯片实验室,医用剂量,化学微反应器,催化剂剂量,泵校准。我们也渴望了解更多有关客户应用的信息。
潜行预览下一个MEMS博客:表面通道技术
    用于创建微科里奥利传感器芯片的“表面通道技术”也允许其他类型的传感器。例如:压力传感器,密度传感器,粘度传感器和热质量流量传感器。

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