CN108375399A - 流量传感器 - Google Patents

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温赛赛
胡慧珊
马硕
王新亮
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    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
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Abstract

本发明公开了一种流量传感器，包括：衬底；加热元件，形成在所述衬底上；至少一个感温元件，形成在所述衬底上，且所述感温元件与所述加热元件之间具有预定的间隔，以通过测量所述感温元件的温度变化获取流经所述流量传感器的流体的流量；亲水层，所述亲水层覆盖整个流量传感器的外表面，以抑制所述流体中的气泡粘附在所述流量传感器的外表面。本发明的流量传感器，因设置有亲水层，该亲水层覆盖整个流量传感器的外表面，所设置的亲水层，其对流体中的液体的吸引力很强，这样，会抑制流体中的气泡黏附在流量传感器表面，从而不会让气泡影响流量传感器100对流速的测量，进而可以提高该流量传感器对流体的流量的测量的准确度。

Description

流量传感器
技术领域
本发明涉及流体测量技术领域，具体涉及一种流量传感器。
背景技术
MEMS是微电子技术与机械工程技术的有机结合，具体是指在几毫米甚至微米尺寸级别上的高科技装置。在流量测量领域，MEMS流量传感器普遍应用于小微流量领域，具体测量约1uL/min～1L/min的流量。但是液体中有时会出现夹杂气泡，如果粘附在传感器上，对流量的测量有极大的影响。
目前，大部分MEMS液体流量传感器均没有对于气泡黏附的预防，主要因为测量的管径大部分在5mm以下，液流的速度相对较大，例如0.5L/min的流量在5mm的管径下，根据公式：流量＝横截面*流速，可得流速约为25.5m/min。此时高速的水流易于将气泡冲走。如果管径大于5mm，那么相同流量的情况下，流速将以1/(管径比)2的倍率下降。此时气泡不易于被水流冲走。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种流量传感器。
为了实现上述目的，本发明的提供了一种流量传感器，包括：
衬底；
加热元件，形成在所述衬底上；
至少一个感温元件，形成在所述衬底上，且所述感温元件与所述加热元件之间具有预定的间隔，以通过测量所述感温元件或加热元件的温度变化获取流经所述流量传感器的流体的流量；
亲水层，所述亲水层覆盖整个流量传感器的外表面，以抑制所述流体中的气泡粘附在所述流量传感器的外表面。
优选地，所述亲水层的制作材料包括纳米化聚酰亚胺、羟基、氨基和羧基亲水物质中的任意一种。
优选地，所述亲水层的厚度为0.01～10μm。
优选地，所述流量传感器包括两个所述感温元件，两个所述感温元件对称设置在所述加热元件的两侧。
优选地，还包括：
第一保护层，其形成在所述衬底上；并且，
所述加热元件和各所述感温元件均形成在所述第一保护层的背离所述衬底的一侧。
优选地，还包括：
第二保护层，其设置在所述第一保护层的背离所述衬底的一侧，且所述第二保护层完全覆盖所述加热元件和各所述感温元件。
优选地，所述第一保护层的制作材料包括聚酰亚胺、氮化硅、二氧化硅和氧化铪中的任意一种；和/或，
所述第二保护层的制作材料包括聚对二甲苯、二氧化硅、氧化铝、氮化硅和SU-8光刻胶中的任意一种。
优选地，所述第一保护层的厚度为0.01～10μm；和/或，
所述第二保护层的厚度为0.01～10μm。
优选地，所述加热元件的制作材料包括金、铜、铂和镍中的任意一种；和/或，
所述感温元件的制作材料包括金、铜、铂和镍中的任意一种。
优选地，所述衬底的制作材料包括氮化镓、砷化镓、石英和硅中的任意一种；和/或，
所述衬底的厚度为50～500um。
本发明的流量传感器，因设置有亲水层，该亲水层覆盖整个流量传感器的外表面，所设置的亲水层，其对流体中的液体的吸引力很强，这样，会抑制流体中的气泡黏附在流量传感器表面，从而不会让气泡影响流量传感器对流速的测量，进而可以提高该流量传感器对流体的流量的测量的准确度。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明一实施例中流量传感器的结构示意图；
图2为本发明一实施例中流量传感器的结构示意图。
附图标记说明
100：流量传感器；
110：衬底；
111：空腔；
120：加热元件；
130：感温元件；
140：亲水层；
150：第一保护层；
160：第二保护层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1所示，本发明涉及一种流量传感器100，该流量传感器100包括衬底110、加热元件120、至少一个感温元件130和亲水层140。其中，加热元件120和感温元件130均形成在所述衬底110上。并且，所述感温元件130与所述加热元件120之间具有预定的间隔，以通过测量所述感温元件130或加热元件120的温度变化获取流经所述流量传感器100的流体的流量。所述亲水层140覆盖整个流量传感器100的外表面，以抑制所述流体中的气泡粘附在所述流量传感器100的外表面。
本实施例结构的流量传感器100，因设置有亲水层140，该亲水层140覆盖整个流量传感器100的外表面，所设置的亲水层140，其对流体中的液体的吸引力很强，这样，会抑制流体中的气泡黏附在流量传感器100表面，从而不会让气泡影响流量传感器100对流速的测量，进而可以提高该流量传感器对流体的流量的测量的准确度。
需要说明的是，对于加热元件120的具体制作材料并没有作出限定，例如，该加热元件120可以是具有良好的热传导性能的金属材料等。
进一步需要说明的是，对于感温元件130的具体制作材料并没有作出限定，例如，该感温元件130可以是对温度变化敏感的金属材料等。
仍需要说明的是，对于亲水层140的具体制作材料并没有作出限定，例如，该亲水层140可以是由具有羟基或羧基等具有亲水官能团的材料构成。
可选地，所述亲水层140的制作材料包括纳米化聚酰亚胺、羟基、氨基和羧基亲水物质中的任意一种。
本实施例结构的流量传感器100，其亲水层140的制作材料包括纳米化聚酰亚胺、羟基、氨基和羧基亲水物质中的任意一种，这样，会进一步加大其对流体中的液体的吸引力，从而会进一步抑制流体中的气泡黏附在流量传感器100表面，进而不会让气泡影响流量传感器100对流速的测量。
可选地，为了进一步提高亲水层140抑制流体中的气泡黏附在流量传感器100表面，所述亲水层140的厚度为0.01～10μm。当然，亲水层140的厚度除了该范围以外，还可以根据实际需要，选择其他具体地厚度取值。
可选地，如图1所示，流量传感器100包括一个感温元件130，该感温元件130与加热元件120之间的距离(如图1中的左右方向之间的距离)较远，这样，当加热元件120被恒定的电流/电压加热时，由于感温元件130距离加热元件120较远，因此，感温元件130不会收到其热场的影响，仅作为测量液体温度的作用。当流体流过加热元件120时，流体会带走部分热量导致加热元件120上的温度下降。这样，可以通过测量感温元件130上的温度变化即可得到具体流速，根据流速可以推算得到流体的流量。
可选地，如图2所示，流量传感器100包括两个感温元件130，该两个感温元件130可以对称分布在加热元件120的两侧(如图2中所示，两个感温元件130对称分布在加热元件120的左右两侧)，当然，该两个感温元件130也可以非对称地分布在加热元件120的两侧。
在上述结构中，当加热元件120被恒定的电流/电压加热时，热场会均匀分布在加热元件120的两侧(如图2中，热场会均匀分布在加热元件120的左右两侧)，因而两个感温元件130上的温度相同。如果此时有流体从左向右或从右向左流动，那么热场平衡将被打破，流体会带走部分热量造成两个感温元件130存在温度差，由于该流量传感器100的整个外表面覆盖有亲水层140，该亲水层140会抑制流体中的气泡粘附在流量传感器100的外表面。因此，通过测量感温元件130上的温度差即可得到流体精确地流速，从而可以根据流速推算得到流体精确地流量，提高流量传感器100的测量准确度。
可选地，如图1和图2所示，流量传感器100还包括第一保护层150，该第一保护层150形成在所述衬底110上。如图1和图2所示，所述加热元件120和各所述感温元件130均形成在所述第一保护层150的背离所述衬底110的一侧，也就是说，如图1和图2所示，所述加热元件120和各所述感温元件130均形成在所述第一保护层150的上表面。
本实施例结构的流量传感器100，设置有第一保护层150，该第一保护层150可以有效保护加热元件120和各感温元件130，同时起到连接底部所述衬底110与上部所述加热元件120和所述感温元件130的作用。
可选地，如图1和图2所示，流量传感器100还包括第二保护层160，该第二保护层160设置在所述第一保护层150的背离所述衬底110的一侧，也就是说，如图1和图2所示，第二保护层160位于所示第一保护层150的上表面。同时，该第二保护层160完全覆盖所述加热元件120和各所述感温元件130。
本实施例结构的流量传感器100，设置有第二保护层160，该第二保护层160可以有效保护加热元件120和各感温元件130，从而能够有效的避免所述加热元件120与所述感温元件130接触到流体，特别是液体。因为液体可能会导电，如果没有所述第二保护层160，所述加热元件120与所述感温元件130很可能与液体发生电化学反应，例如水的电解。
可选地，为了进一步提高流量传感器100对流体的流量测量的准确度，所述第一保护层150的制作材料包括聚酰亚胺、氮化硅、二氧化硅和氧化铪中的任意一种。当然，除了所列举的该些材料以外，第一保护层150还可以根据实际需要，选择其他材料制作形成。
可选地，为了进一步提高流量传感器100对流体的流量测量的准确度，所述第二保护层160的制作材料包括聚对二甲苯、二氧化硅、氧化铝、氮化硅和SU-8光刻胶中的任意一种。当然，除了所列举的该些材料以外，第二保护层160还可以根据实际需要，选择其他材料制作形成。
可选地，为了进一步提高流量传感器100对流体的流量测量的准确度，所述第一保护层150的厚度为0.01～10μm。当然，第一保护层150的厚度除了该范围以外，还可以根据实际需要，选择其他具体地厚度取值。
可选地，为了进一步提高流量传感器100对流体的流量测量的准确度，所述第二保护层160的厚度为0.01～10μm。当然，第二保护层160的厚度除了该范围以外，还可以根据实际需要，选择其他具体地厚度取值。
可选地，为了进一步提高流量传感器100对流体的流量测量的准确度，所述加热元件120的制作材料包括金、铜、铂和镍中的任意一种。当然，除了所列举的该些材料以外，加热元件120还可以根据实际需要，选择其他材料制作形成。
可选地，为了进一步提高流量传感器100对流体的流量测量的准确度，所述感温元件130的制作材料包括金、铜、铂和镍中的任意一种。当然，除了所列举的该些材料以外，感温元件130还可以根据实际需要，选择其他材料制作形成。
可选地，所述衬底110的制作材料包括氮化镓、砷化镓、石英和硅中的任意一种。当然，除了所列举的该些材料以外，衬底110还可以根据实际需要，选择其他材料制作形成。对于该衬底110的厚度可以选择50～500um或者其他取值。
如图1和图2所示，衬底110的背离所述加热元件120的一侧还设置有空腔111，所设置的空腔111不仅可以减轻流量传感器100的重量，还有助于减少加热元件120的纵向热传导。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种流量传感器，其特征在于，包括：
衬底；
加热元件，形成在所述衬底上；
至少一个感温元件，形成在所述衬底上，且所述感温元件与所述加热元件之间具有预定的间隔，以通过测量所述感温元件或加热元件的温度变化获取流经所述流量传感器的流体的流量；
亲水层，所述亲水层覆盖整个流量传感器的外表面，以抑制所述流体中的气泡粘附在所述流量传感器的外表面。
2.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，所述亲水层的制作材料包括纳米化聚酰亚胺、羟基、氨基和羧基亲水物质中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，所述亲水层的厚度为0.01～10μm。
4.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，所述流量传感器包括两个所述感温元件，两个所述感温元件对称设置在所述加热元件的两侧。
5.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，还包括：
第一保护层，其形成在所述衬底上；并且，
所述加热元件和各所述感温元件均形成在所述第一保护层的背离所述衬底的一侧。
6.根据权利要求5所述的流量传感器，其特征在于，还包括：
第二保护层，其设置在所述第一保护层的背离所述衬底的一侧，且所述第二保护层完全覆盖所述加热元件和各所述感温元件。
7.根据权利要求6所述的流量传感器，其特征在于，
所述第一保护层的制作材料包括聚酰亚胺、氮化硅、二氧化硅和氧化铪中的任意一种；和/或，
所述第二保护层的制作材料包括聚对二甲苯、二氧化硅、氧化铝、氮化硅和SU-8光刻胶中的任意一种。
8.根据权利要求6所述的流量传感器，其特征在于，
所述第一保护层的厚度为0.01～10μm；和/或，
所述第二保护层的厚度为0.01～10μm。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的流量传感器，其特征在于，
所述加热元件的制作材料包括金、铜、铂和镍中的任意一种；和/或，
所述感温元件的制作材料包括金、铜、铂和镍中的任意一种。
10.根据权利要求1至8中任意一项所述的流量传感器，其特征在于，所述衬底的制作材料包括氮化镓、砷化镓、石英和硅中的任意一种；和/或，
所述衬底的厚度为50～500um。
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