CN203658851U - 基于mems传感器的质量流量控制器的结构 - Google Patents
基于mems传感器的质量流量控制器的结构 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于MEMS传感器的质量流量控制器的结构，包括底座(2)和流量调节阀(5)，在底座(2)内设有流体通道，流量调节阀(5)串联在流体通道的出口(9)附近。该流体通道包括设在底座(2)前端与后端之间依次排列的/入口(1)、入口锥管段(3)和直管段(7)，在直管段(7)与出口(9)的相邻处与流量调节阀(5)串联连接；在直管段(7)的内表面设有MEMS传感器(4)。本实用新型的优点是：MEMS流量传感器直接设在流体通道的边缘，减少了自身对流场的干扰；流体通道的直管段为MEMS流量传感器提供了一个相对稳定的流场，响应速度快，零点稳定度高；不需要测量旁路，最大程度降低压损；提高了全量程测量精度重复性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于MEMS传感器的质量流量控制器的结构，用于气体的质量流量控制。
背景技术
MEMS即微机电系统(Microelectro Mechanical Systems)，MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、易于集成和实现智能化的特点。
质量流量控制器的英文名字叫“MASS FLOW CONTROLLER”(简称MFC)，它通常由流量传感器、流量调节阀、控制电路和流体通道等部件组成。
目前，国内的气体质量流量控制器使用的流量传感器采用毛细管传热温差量热法原理测量气体的质量流量(无需温度和压力补偿)。将传感器加热电桥测得的流量信号送入放大器放大，放大后的流量测量电压与设定电压进行比较，再将差值信号放大后去控制调节阀，通过闭环控制来控制通过的流量，并使之与设定的流量相等，分流器决定主通道的流量。
国外有利用Mems传感器做质量流量控制器的报道，其结构是将传统的毛细管传热温差性流量传感器改为MEMS传感器。这种结构采用分流的方式，使气体按比例分流到毛细管，由于毛细管直径很小，流场相对稳定，MEMS芯片检测到毛细管内的流量再根据分流比例推算出真实流量。这种结构由于测量的不是全部流量，所以进入主流道和分流道气体的比例关系就要严格对应，为此必须加装层流膜片进行约束。由此带来的问题就是压力损失变大，层流膜片加工复杂，受温度压力干扰因素大的弊端。还存在响应速度慢，零点稳定度低，重复性较差的问题。
发明内容
本实用新型目的是提供一种基于MEMS传感器的质量流量控制器，以解决现有技术存在的压力损失变大，层流膜片加工复杂，受温度压力干扰因素大的弊端，响应速度慢，零点稳定度低，重复性较差的的问题。
本实用新型的技术方案是：一种基于MEMS传感器的质量流量控制器，包括底座和流量调节阀，在底座内设有流体通道，流量调节阀串联在流体通道的出口附近，其特征在于，在流体通道的内壁设有MEMS传感器。
所述的流体通道包括设在底座前端与后端之间依次排列的入口、入口锥管段和直管段，在直管段与出口的相邻处与流量调节阀串联连接；所述的MEMS传感器设在直管段的内表面。
所述的入口锥管段的锥度为3°-30°。
在所述的直管段的后端设有出口锥管段(8)。
所述的出口锥管段的锥度为4°-40°。
在所述的入口内装有滤网。
所述的MEMS传感器的表面突出于直管段的内壁表面0.01mm-0.21mm。
在所述的底座内设有通道孔；所述的流体通道设在一通道芯内，该通道芯的外侧与通道孔相配合；该通道芯由一段、两段或三段同轴对接组成，并安装在通道孔内。
所述的底座为两段对接构成。
本实用新型的优点是：MEMS流量传感器直接设在流体通道的边缘，减少了自身对流场的干扰；流体通道的直管段为MEMS流量传感器提供了一个相对稳定的流场，响应速度快，零点稳定度高；不需要测量旁路，最大程度降低压损；提高了全量程测量精度重复性。
附图说明
图1是本实用新型的一个实施例的总体结构示意图；
图2是本实用新型的另一个实施例的总体结构示意图；
图3是图1和图2中MEMS传感器所在位置的截面图；
图4是本实用新型基座的一种结构示意图；
图5是本实用新型几种通道芯的结构示意图，其中(1)图为整体式流道，图(2)为分体式流道之一，图(3)为分体式流道之二，图(4)为分体式流道之三；
图6(1)和(2)是本实用新型两种分体式基座的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型一种基于MEMS传感器的质量流量控制器一个实施例，包括底座2和流量调节阀5，在底座2内设有流体通道。该流体通道包括设在底座2前端与后端之间依次排列的入口1、入口锥管段3和直管段7，在直管段7与出口9的相邻处与流量调节阀5串联连接(流量调节阀分别通过调节阀入口孔22和调节阀出口孔23与直管段7的后端和出口9内端连通)；在直管段7的内表面设有MEMS传感器(芯片)4。
所述的入口锥管段3的锥度为3°-30°。
参见图2，是本实用新型的另一实施例，在上一实施例的基础上，在所述的直管段7的后端设有出口锥管段8。所述的出口锥管段8的锥度为4°-40°。
参见图3，所述的MEMS传感器4表面突出于直管段7内壁表面的高度d=0.01mm-0.21mm。为了保证气密性，MEMS传感器(芯片)用灌胶的方式粘接于直管段7。
参见图4和图5，在所述的底座2内设有通道孔21；所述的流体通道设在如图5所示的几个圆柱形的通道芯内，该通道芯的外周面与通道孔21相配合；通道芯为一段【如图5(1)所示】、两段【如图5(2)和(3)所示】或三段【如图5(4)】同轴对接组成，安装在通道孔21内。通道芯为两段时，其直管段7可以分别设在左侧一段或设在右侧一段的通道芯内；通道芯为三段时，入口锥管段3、直管段7和出口锥管段8分别设在三段通道芯内。这样组合结构大大方便了生产加工。
参见图6，也可以采用底座2两段对接的结构，流体通道的直管段7可以分别设在右侧一段或左侧一段的底座2内。直接在底座2加工出流体通道，最后将两部分底座组合在一起。这种分体结构也是为了生产加工的方便。
本实用新型在工作时，气体从入口1进入MFC，首先经过一个收缩的入口锥管段3，然后进入直管段7，直接或随后经过一个扩散的出口锥管段8进入流量调节阀5的入口。这样做的好处是在直管段7能得到一个相对稳定的流场，将MEMS传感器4放在这个直管段7能取得最优的测量效果。
为了进一步减少入口气流对流场的影响在质量流量控制器的前端加装不锈钢或其它材质滤网6，可以使流体均匀，在尽量减小压力损失的前提下提高测量精度。
为了使MEMS传感器4能及时准确的测量气体的流量，MEMS传感器4的流量传感单元即(检测点)应稍突出内管壁，检测点位置如果突出太多，势必干扰流场，降低测量精度；反之如果芯片检测点未能突出管壁，将不能准确的检测。实践证明，检测点突出管壁0.01Mm-0.21mm效果最佳。
Claims (9)
1.一种基于MEMS传感器的质量流量控制器的结构，包括底座(2)和流量调节阀(5)，在底座(2)内设有流体通道，流量调节阀(5)串联在流体通道的出口(9)附近，其特征在于，在流体通道的内壁设有MEMS传感器(4)。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS传感器的质量流量控制器的结构，其特征在于，所述的流体通道包括设在底座(2)前端与后端之间依次排列的入口(1)、入口锥管段(3)和直管段(7)，在直管段(7)与出口(9)的相邻处与流量调节阀(5)串联连接；所述的MEMS传感器(4)设在直管段(7)的内表面。
3.根据权利要求2所述的基于MEMS传感器的质量流量控制器的结构，其特征在于，所述的入口锥管段(3)的锥度为3°-30°。
4.根据权利要求2所述的基于MEMS传感器的质量流量控制器的结构，其特征在于，在所述的直管段(7)的后端设有出口锥管段(8)。
5.根据权利要求4所述的基于MEMS传感器的质量流量控制器的结构，其特征在于，所述的出口锥管段(8)的锥度为4°-40°。
6.根据权利要求2所述的基于MEMS传感器的质量流量控制器的结构，其特征在于，在所述的入口(1)内装有滤网(6)。
7.根据权利要求2所述的基于MEMS传感器的质量流量控制器的结构，其特征在于，所述的MEMS传感器(4)的表面突出于直管段(7)的内壁表面0.01mm-0.21mm。
8.根据权利要求1所述的基于MEMS传感器的质量流量控制器的结构，其特征在于，在所述的底座(2)内设有通道孔(21)；所述的流体通道设在一通道芯内，该通道芯的外侧与通道孔(21)相配合；该通道芯由一段、两段或三段同轴对接组成，并安装在通道孔(21)内。
9.根据权利要求1所述的基于MEMS传感器的质量流量控制器的结构，其特征在于，所述的底座(2)为两段对接构成。
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