MEMS热式气体流量传感器设计
电子技术应用
杨绍松，刘同庆
无锡芯感智科技股份有限公司
摘要： 在工业生产过程中提供准确的流量检测信息对于系统性能的提升有着重要的作用，基于MEMS技术制造出的热式流量传感器通过采集温差变化来反映管道内流量变化，具有体积小、精度高、微流量段灵敏的特点。介绍了热式流量传感器的热分布模型，利用COMSOL Multiphysics软件对管道内的流量传感器进行电场、流场和热场的耦合仿真，确定传感器芯片的关键参数。采用MEMS加工工艺制造流量传感器芯片，搭建标定测试平台，对传感器芯片进行封装测试。传感器测量范围达到300 SLM，数字输出准确度等级达到1.0，模拟输出准确度等级达到1.5。
中图分类号：TP212 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256498
中文引用格式： 杨绍松，刘同庆. MEMS热式气体流量传感器设计[J]. 电子技术应用，2025，51(10)：112-116.
英文引用格式： Yang Shaosong，Liu Tongqing. Design of MEMS thermal gas flow sensors[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(10)：112-116.
中文引用格式： 杨绍松，刘同庆. MEMS热式气体流量传感器设计[J]. 电子技术应用，2025，51(10)：112-116.
英文引用格式： Yang Shaosong，Liu Tongqing. Design of MEMS thermal gas flow sensors[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(10)：112-116.
Design of MEMS thermal gas flow sensors
Yang Shaosong，Liu Tongqing
(Wuxi XinGanZhi Technology Co.， Ltd.
Abstract： Providing accurate flow information in industrial production plays an important role in improving system performance. The thermal flow sensor based on MEMS technology reflects the flow change in the pipeline by collecting the temperature difference change, which has the characteristics of small volume, high precision and sensitive micro-flow section. In this paper, the thermal distribution model of thermal flow sensor is introduced, and the coupling simulation of electric field, flow field and thermal field of flow sensor in pipeline is carried out by COMSOL Multiphysics software to determine the key parameters of sensor chip. The flow sensor chip is manufactured by MEMS processing technology, and a calibration test platform is built to package and test the sensor chip. The measuring range of the sensor reaches 300 SLM, and the accuracy level of digital output reaches 1.0 and that of analog output reaches 1.5.
Key words : flow detection；COMSOL simulation；thermal flow sensor
引言
在工业生产和过程控制等领域，为了提高产品质量，很多关键指标就需要精确计量。特别是在能源、医疗以及空气调节系统等领域中，需要通过测得流体的流量来进行生产的自动化控制，进而提高生产效率，保证产品的质量。
气体流量传感器在许多应用领域中发挥着重要作用，许多工业过程的可行性和可靠性很大程度上取决于气体流量的精确测量和控制[1]。汽车发动机和家用供暖锅炉的效率和污染物排放可以通过精确控制燃烧混合物来优化。传统的流量传感器如差压式流量传感器、容积式流量传感器等，其体积较为庞大，对于微小气体流量的检测不够精确。而流量传感器的精度、稳定性及适应工作环境能力、智能化水平和性能价格比等指标极大地影响着社会各行业的发展。
20世纪60年代，随着微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System, MEMS）技术的兴起，基于MEMS技术制造出来的器件具有微型化与集成化的特点，故与传统工艺制造出来的大型传感器相比，其功耗更低，可进一步提升工业生产控制系统的自动化、智能化以及可靠性水平。
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作者信息：
杨绍松，刘同庆
（无锡芯感智科技股份有限公司，江苏 无锡 214000）
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