CN109900924A - 基于htcc工艺的热膜式风速传感单元、传感器及传感单元的制备方法 - Google Patents
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Abstract
基于HTCC工艺的热膜式风速传感单元、传感器及传感单元的制备方法,涉及风速传感器技术领域。本发明是为了解决现有风速传感器测量准确性低、易受风向干扰的问题。本发明采用热膜式风速测量原理,用放置在流场中具有加热电流的敏感元件来测量气体流速。采用芯片多方向排布,消除风向对风速准确测量带来的影响;将单一芯片排布在不同的方向上,通过测得不同位置数据消除风向对风速准确测量带来的影响,提高测量的准确性;通过底部增加气流通道结构设计,解决了动态测风过程中的气流不稳定的问题,提高传感器测量精度。本发明适用于制备热膜式风速传感器。
Description
技术领域
本发明属于风速传感器技术领域。
背景技术
风速作为气象探测的一个重要参数,与人们的日常生产、生活密不可分。被广泛地应用在航空航天、科学实验、现代农业及气象科学等重要的科研、生产、生活领域。随着工业自动化的飞速发展,人们对风速、风量的测量要求也日益提高,研制测量准确性高、微型化、集成化的风速传感器成为了未来风速传感器的发展趋势。
按照风速测量的不同工作原理,风速传感器可分为机械式、动压式、超声式和热式等。
机械式以风杯式为主,这种传感器体积大,可靠性较低,误差较大,且不适合高空气象探测。
动压式以皮托管为主,在测量微小风速时,误差较大。
超声波风速变送器价格昂贵,性价比低。
热式风速传感器具有灵敏度高、压损低、测量范围大、可用于极低气体流速检测的优点,但热式风速传感器检测的准确性受风向影响较大。
发明内容
本发明是为了解决现有风速传感器测量准确性低、易受风向干扰等问题,现提供基于HTCC工艺的热膜式风速传感单元、传感器及传感单元的制备方法。
基于HTCC工艺的热膜式风速传感单元,包括:两个基片和五个电阻,所述五个电阻分别为:一个加热电阻、两个控制电阻和两个感温电阻;
两个基片层叠固定,五个电阻沿一条直线均固定在上层基片的上表面,
两个控制电阻呈镜像对称结构分布在加热电阻两侧,两个感温电阻呈镜像对称结构分布在两个控制电阻的外侧,
两个基片的交界处开有两端开口的导流槽,该导流槽沿五个电阻排布方向设置,
每个电阻下方均沿基片厚度方向开有一个过孔,过孔内填充有导电介质,电阻通过导电介质与下层基片底面的引出端电气连接。
具体的,上述基片为陶瓷基片。
具体的,上述五个电阻的材料均为贵金属材料,所述贵金属材料为Pt、Au或Ag。
具体的,上述导流槽的长度、宽度和厚度分别为3mm~8mm、2mm~3mm和20μm~100μm。
基于HTCC工艺的热膜式风速传感器,包括:两个基片和2n+1个电阻,2n+1个电阻包括:一个加热电阻和n对电阻对,每对电阻对均包括一个控制电阻和一个感温电阻,n为正整数;
两个基片层叠固定,2n+1个电阻均固定在上层基片的上表面,
n对电阻对分布在加热电阻的周围,n对电阻对两两一组,每组中的两个电阻对呈镜像对称结构分布在加热电阻两侧,
每对电阻对中的控制电阻和感温电阻均与加热电阻呈一条直线排布,且感温电阻位于控制电阻与加热电阻之间,
两个基片的交界处开有多条两端开口的导流槽,每条导流槽沿一组镜像对称的电阻对排布方向设置,
每个电阻下方均沿基片厚度方向开有一个过孔,过孔内填充有导电介质,电阻通过导电介质与下层基片底面的引出端电气连接。
具体的,上述n对电阻对均匀分布在加热电阻的周围。
具体的,上述2n+1个电阻的材料均为贵金属材料,所述贵金属材料为Pt、Au或Ag。
上述传感单元的制备方法,
分别在两个基片上制作过孔,
采用丝网印刷法利用铂浆料对上层基片的过孔进行填孔,并在上层基片上表面分别印。
利用铂浆料对下层基片的过孔进行填孔,并在下层基片下表面每个过孔的出口处印刷引出端,
利用碳浆料在下层基片的上表面印刷导流线,其中碳浆料厚度为20μm~100μm,
将两个基片层叠贴合,使得五个电阻排布方向与导流线方向一致,且上层基片的过孔与下层基片的过孔一一正对,并对两个基片进行叠压,
将两个基片进行高温烧结,待碳浆料全部挥发后,完成传感单元的制备。
具体的,上述碳浆料型号为4550,铂浆料型号为5574。
具体的,上述高温烧结的温度为1000℃~1250℃,高温烧结之后保温2h~3h。
本发明通过对基于共烧结构的风传感器的结构设计,制作出风向影响小、测量精度高的风传感器,具体的有益效果为:
1、采用热膜式风速测量原理,用放置在流场中具有加热电流的敏感元件来测量气体流速。较传统的风杯式风速传感器,具有易实现传感器微型化,易与其他传感器集成、适用于高空气象测量的优点;
2、采用芯片多方向排布,消除风向对风速准确测量带来的影响;将单一芯片排布在不同的方向上,通过测得不同位置芯片输出数据,融合后续的算法,消除风向对风速准确测量带来的影响,提高测量的准确性;
3、通过底部增加气流通道结构设计,解决了动态测风过程中的气流不稳定的问题,提高传感器测量精度。
本发明适用于制备热膜式风速传感器。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的基于HTCC工艺的热膜式风速传感单元的结构示意图;
图2为图1的A-A向剖面图;
图3为图2的B部放大图;
图4为具体实施方式二所述的基于HTCC工艺的热膜式风速传感器的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:参照图1至图3具体说明本实施方式,本实施方式所述的基于HTCC(高温共烧陶瓷)工艺的热膜式风速传感单元,包括:两个陶瓷基片和五个电阻,两个陶瓷基片分别为上基片2和下基片1,五个电阻分别为:一个加热电阻3、两个控制电阻4和两个感温电阻5;
两个基片层叠固定,五个电阻沿一条直线均固定在上基片2的上表面,
两个控制电阻4呈镜像对称结构分布在加热电阻3两侧,两个感温电阻5呈镜像对称结构分布在两个控制电阻4的外侧,
两个基片的交界处开有两端开口的导流槽6,该导流槽6沿五个电阻排布方向设置,
每个电阻下方均沿基片厚度方向开有一个过孔7,过孔7内填充有导电介质,电阻通过导电介质与下基片1底面的引出端71电气连接。
在实际应用时,上述五个电阻的材料均为贵金属材料,所述贵金属材料为Pt、Au或Ag。
导流槽宽度小于其上方电阻宽度,使得过孔7与导流槽6不会出现重叠。具体的,导流槽6的长度、宽度和厚度分别为3mm~8mm、2mm~3mm和20μm~100μm。本实施方式通过增加导流槽6,即气流通道结构,解决了动态测风过程中的气流不稳定的问题,提高了传感器的测量精度。
具体实施方式二:参照图4具体说明本实施方式,本实施方式所述的基于HTCC工艺的热膜式风速传感器,包括:两个基片和2n+1个电阻,2n+1个电阻包括:一个加热电阻3和n对电阻对,每对电阻对均包括一个控制电阻4和一个感温电阻5,n为正整数;
本实施方式中,n=8,在8对电阻对、上基片2的上表面为长方形结构的条件下,传感器的结构如下:
两个基片层叠固定,17个电阻均固定在上基片2的上表面,
加热电阻3位于上基片2上表面的中心位置,8对电阻对分布在加热电阻3的周围,8对电阻对两两一组,共构成4个组,每组中的两个电阻对呈镜像对称结构分布在加热电阻3两侧,每对电阻对中的控制电阻4和感温电阻5均与加热电阻3呈一条直线排布,且感温电阻5位于控制电阻4与加热电阻3之间,两个基片的交界处开有两端开口的导流槽6,该导流槽6沿两个镜像对称的电阻对排布方向设置。
即:如图4所示,两个基片交界处开有4条导流槽6,4条导流槽分别沿长方形基片的中线和对角线方向设置。呈镜像对称的两个电阻对和加热电阻3的排布方向与导流槽6的方向一致。
每个电阻下方均沿基片厚度方向开有一个过孔7,过孔7内填充有导电介质,电阻通过导电介质与下基片1底面的引出端71电气连接。
在实际应用时,还能够根据测量需要将n对电阻对均匀分布在加热电阻3的周围。
上述电阻的材料均为贵金属材料,所述贵金属材料为Pt、Au或Ag。
本实施方式中,电阻采用多方向排布,消除风向对风速准确测量带来的影响;将单一芯片排布在不同的方向上,通过测得不同位置芯片输出数据,融合后续的算法,消除风向对风速准确测量带来的影响,提高测量的准确性。
具体实施方式三:本实施方式是具体实施方式一所述的传感单元的制备方法,具体制备方法如下:
使用冲孔机分别在两个基片上制作过孔7,
采用丝网印刷法利用铂浆料对上基片2的过孔7进行填孔,并在上基片2上表面分别印刷五个电阻,
利用铂浆料对下基片1的过孔7进行填孔,并在下基片1下表面每个过孔7的出口处印刷引出端71,
利用碳浆料在下基片1的上表面印刷导流线,其中碳浆料厚度为20μm~100μm,
将两个基片层叠贴合,使得五个电阻排布方向与导流线方向一致,且上基片2的过孔7与下基片1的过孔7一一正对,并使用温水等静压机对两个基片进行叠压,
在温度为1000℃~1250℃的条件下对两个基片进行高温烧结,待碳浆料全部挥发后,保温2h~3h,完成传感单元的制备。
上述碳浆料型号为4550,铂浆料型号为5574。
本实施方式通过阵列化的电阻排布和导流槽结构的设计,提高了传感器的测量准确性,解决了目前热式风速传感器存在的测量受风向影响大的问题。
Claims (10)
1.基于HTCC工艺的热膜式风速传感单元,其特征在于,包括:两个基片和五个电阻,所述五个电阻分别为:一个加热电阻(3)、两个控制电阻(4)和两个感温电阻(5);
两个基片层叠固定,五个电阻沿一条直线均固定在上层基片的上表面,
两个控制电阻(4)呈镜像对称结构分布在加热电阻(3)两侧,两个感温电阻(5)呈镜像对称结构分布在两个控制电阻(4)的外侧,
两个基片的交界处开有两端开口的导流槽(6),该导流槽(6)沿五个电阻排布方向设置,
每个电阻下方均沿基片厚度方向开有一个过孔(7),过孔(7)内填充有导电介质,电阻通过导电介质与下层基片底面的引出端(71)电气连接。
2.根据权利要求1所述的基于HTCC工艺的热膜式风速传感单元,其特征在于,基片为陶瓷基片。
3.根据权利要求1所述的基于HTCC工艺的热膜式风速传感单元,其特征在于,五个电阻的材料均为贵金属材料,所述贵金属材料为Pt、Au或Ag。
4.根据权利要求1所述的基于HTCC工艺的热膜式风速传感单元,其特征在于,导流槽(6)的长度、宽度和厚度分别为3mm~8mm、2mm~3mm和20μm~100μm。
5.基于HTCC工艺的热膜式风速传感器,其特征在于,包括:两个基片和2n+1个电阻,2n+1个电阻包括:一个加热电阻(3)和n对电阻对,每对电阻对均包括一个控制电阻(4)和一个感温电阻(5),n为正整数;
两个基片层叠固定,2n+1个电阻均固定在上层基片的上表面,
n对电阻对分布在加热电阻(3)的周围,n对电阻对两两一组,每组中的两个电阻对呈镜像对称结构分布在加热电阻(3)两侧,
每对电阻对中的控制电阻(4)和感温电阻(5)均与加热电阻(3)呈一条直线排布,且感温电阻(5)位于控制电阻(4)与加热电阻(3)之间,
两个基片的交界处开有多条两端开口的导流槽(6),每条导流槽(6)沿一组镜像对称的电阻对排布方向设置,
每个电阻下方均沿基片厚度方向开有一个过孔(7),过孔(7)内填充有导电介质,电阻通过导电介质与下层基片底面的引出端(71)电气连接。
6.根据权利要求5所述的基于HTCC工艺的热膜式风速传感器,其特征在于,n对电阻对均匀分布在加热电阻(3)的周围。
7.根据权利要求5所述的基于HTCC工艺的热膜式风速传感器,其特征在于,2n+1个电阻的材料均为贵金属材料,所述贵金属材料为Pt、Au或Ag。
8.权利要求1所述的传感单元的制备方法,其特征在于,
分别在两个基片上制作过孔(7),
采用丝网印刷法利用铂浆料对上层基片的过孔(7)进行填孔,并在上层基片上表面分别印刷五个电阻,
利用铂浆料对下层基片的过孔(7)进行填孔,并在下层基片下表面每个过孔(7)的出口处印刷引出端(71),
利用碳浆料在下层基片的上表面印刷导流线,其中碳浆料厚度为20μm~100μm,
将两个基片层叠贴合,使得五个电阻排布方向与导流线方向一致,且上层基片的过孔(7)与下层基片的过孔(7)一一正对,并对两个基片进行叠压,
将两个基片进行高温烧结,待碳浆料全部挥发后,完成传感单元的制备。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,碳浆料型号为4550,铂浆料型号为5574。
10.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,高温烧结的温度为1000℃~1250℃,高温烧结之后保温2h~3h。
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