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小型化到極致:微科里奧利質量流量傳感器

來源:    發布日期:2019-04-28 14:31:07    作者:

    在這篇博客中,我想分享基于MEMS的科里奧利儀器的開發,該儀器是目前世界上流量最低的科里奧利質量流量傳感器。MEMS是Micro Electro Mechanical System的縮寫。這種獨特的科里奧利儀器現在可用于現場測試。
MEMS(微機電系統)技術
    MEMS技術類似于半導體技術,但它適用于傳感器和微型機械組件而不是電子芯片。眾所周知的MEMS技術應用包括安全氣囊傳感器,噴墨頭,壓力傳感器,麥克風,指南針,加速度計,陀螺儀和時基振蕩器。例如,智能手機包含許多MEMS組件,熱流傳感器廣泛用于空調系統。
    MEMS芯片由晶圓制成。晶圓是非常扁平的圓盤,由硅或玻璃制成。典型的晶片厚度為0.5mm,直徑為6英寸。MEMS技術就是在某些領域添加層并去除這些層。施加的層可以具有非常高的質量和堅固的材料。氮化硅是這種材料的一個例子,它通過低壓化學氣相沉積(LPCVD)施加,并且在約800℃下進行。
    光刻用于定義需要移除的區域。在光刻中,在晶片的表面上沉積一層光致抗蝕劑。通過在其表面上照射光來化學改變光致抗蝕劑,并且在顯影溶液中選擇性地去除光致抗蝕劑。
科里奧利傳感器的優點
    大多數MEMS流量傳感器都基于熱測量原理。已經證明,這種傳感器能夠測量低至每分鐘幾納升的液體流量。這些傳感器的優點是它們快速且非常穩定。缺點是需要針對每種特定流體校準它們。
    科里奧利類型的流量傳感器,即包含振動管的流量傳感器,其中質量流受到科里奧利力,但沒有這個問題。由于科里奧利流量傳感器測量的是真實的質量流量,因此科里奧利力與質量流量成正比,與溫度,壓力,流量分布和流體屬性無關。
    科里奧利流量計主要用于測量大流量(> 1千克/小時),因為相對較弱的科里奧利力相對較難檢測小流量。為了獲得足夠的靈敏度來測量每小時低于2克的超低流量,傳感器尺寸和管壁厚度需要最小化到極限,這是傳統加工不銹鋼所不可能的。
    MEMS技術在這里發揮作用。我們與特溫特大學密切合作開發的一種稱為“表面通道技術”的工藝允許制造具有1微米薄氮化硅壁的管。材料的選擇使這些管即使在這種極薄的壁厚下也能機械穩定。
操作原理,基于MEMS的科里奧利傳感器
    在下圖中,解釋了基于MEMS的科里奧利傳感器的操作原理。內置于演示模型中的傳感器基于此技術。該演示模型可以測量和控制每小時0.01至2克的氣體和液體流量。作為MEMS技術的另一個優點,儀器內部的科里奧利管具有如此小的尺寸,使得管的諧振頻率在kHz范圍內。與傳統的不銹鋼科里奧利儀器相比,這導致對外部振動的敏感性較低。
演示模型用于現場測試的微科里奧利技術
    我們目前提供微型科里奧利傳感器技術的演示模型,該技術配備了板載通信接口,可集成到任何可用的應用中。該演示模型稱為BL100,可帶或不帶閥門進行流量控制。我們在微流體學中看到了BL100的應用,例如生命科學,芯片實驗室,醫用劑量,化學微反應器,催化劑劑量,泵校準。我們也渴望了解更多有關客戶應用的信息。
潛行預覽下一個MEMS博客:表面通道技術
    用于創建微科里奧利傳感器芯片的“表面通道技術”也允許其他類型的傳感器。例如:壓力傳感器,密度傳感器,粘度傳感器和熱質量流量傳感器。

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