RU177514U1 - Термоанемометрический датчик расхода жидкостей и газов - Google Patents
Термоанемометрический датчик расхода жидкостей и газов Download PDFInfo
- Publication number
- RU177514U1 RU177514U1 RU2017144839U RU2017144839U RU177514U1 RU 177514 U1 RU177514 U1 RU 177514U1 RU 2017144839 U RU2017144839 U RU 2017144839U RU 2017144839 U RU2017144839 U RU 2017144839U RU 177514 U1 RU177514 U1 RU 177514U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flow
- temperature
- gases
- flow rate
- liquids
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 abstract description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- 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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- 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
- G01F1/688—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
- G01F1/69—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element of resistive type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к измерительной технике - области микроэлектронных и микромеханических устройств, и может быть использована для измерения расхода жидкостей и газов и температуры окружающей среды. Термоанемометрический датчик расхода жидкостей и газов содержит размещенный на мембране чувствительный элемент и резистор температурной коррекции. Чувствительный элемент одновременно выполняет функцию нагревательного резистора и чувствительного элемента, за счет введения тестового кристалла для контроля температуры и скорости расхода жидкости и газов. Технический результат - повышение точности определения скорости расхода, увеличение энергоэффективности и осуществление возможности определения температуры окружающей среды. 1 ил.
Description
Полезная модель относится к измерительной технике - области микроэлектронных и микромеханических устройств, и может быть использована для измерения расхода жидкостей и газов и температуры окружающей среды. Термоанемометрические датчики расхода широко используются в сфере жилищно-коммунального хозяйства.
Известна полезная модель датчика с нагревателем, состоящего из кремниевого кристалла с мембраной, на которой сформированы нагреватели и термочувствительные элементы /1/.
К недостаткам полезной модели можно отнести низкую точность определения расхода из-за высокой теплопроводности структуры в области мембраны.
Прототипом полезной модели является термоанемометрический датчик расхода жидкостей и газов, содержащий размещенный на мембране нагревательный резистор и чувствительный элемент (платиновый резистор) и резистор температурной коррекции /2/.
К недостаткам прототипа можно отнести низкую точность определения расхода. Для получения зависимости скорости расхода от температуры или температуры от сопротивления необходимо подать напряжение на контакты, измерить силу тока и вычислить по закону Ома сопротивление при фиксированной величине температуры. В процессе подачи напряжения на контакты происходит разогрев за счет протекания тока по закону Джоуля-Ленца. Следовательно, излучается дополнительное тепло, которое увеличивает температуру, а значит и сопротивление (терморезистивный эффект). Поэтому снижается точность определения скорости потока воздуха и температуры окружающей среды.
Задачей настоящей полезной модели является повышение точности определения скорости измерения расхода, увеличение энергоэффективности и расширение перечня измеряемых параметров.
Поставленная задача решается тем, что изготавливают термоанемометрический датчик расхода жидкостей и газов, содержащий размещенный на мембране чувствительный элемент и резистор температурной коррекции, причем чувствительный элемент одновременно выполняет функцию нагревательного резистора и чувствительного элемента, за счет введения тестового кристалла для контроля температуры и скорости расхода жидкости и газов.
По сравнению с прототипом, количество металлических элементов на мембране сокращается. Величина теплоемкости воздуха больше, чем у материала мембраны (материал мембраны обычно диэлектрический), чувствительного и нагревательного платинового элемента. Как известно, теплопроводность - это количество теплоты, которое требуется подвести к телу, чтобы его температура возросла на 1 градус. Следовательно, по сравнению с прототипом температура окружающей среды будет более равномерна (стабильна). Это позволит провести измерения сопротивления более точно. Значит, для датчика на основе терморезистивного эффекта, повышается точность определения скорости расхода, а также температуры окружающей среды.
Также известно, что теплопроводность воздуха меньше, чем теплопроводность материала мембраны, чувствительного и нагревательного платинового элемента. Теплопроводность определяет способность тела передать тепловую энергию через материал. В процессе работы устройства через металлические элементы протекает электрический ток, тем самым формируется тепловое облако. Облако нагревает структуру. Поэтому сокращение количества металлических элементов на мембране позволяет уменьшить затрачиваемую мощность для формирования облака с заданной температурой.
На фиг. 1 представлен вид сбоку на термоанемометрический датчик расхода жидкостей и газов, где: 1 - пластина, 2 - мембрана, 3 - чувствительный элемент, 4 - резистор температурной коррекции.
Принцип работы. Тестовую структуру помещают в камеру тепла и холода. Далее при фиксированной температуре Ti с помощью мультиметра определяют значение сопротивления Ri чувствительного элемента. Затем, варьируя значение температуры, получают экспериментальный график T(R).
Следующим шагом, калибровочную структуру размещают в стенде, который создает расход, например, газовый поток. С помощью мультиметра измеряют значение сопротивления Ri чувствительного элемента. То есть получают экспериментальный график зависимости V(R) скорости расхода от сопротивления.
Затем, на рабочую структуру подают напряжение. Получают значение сопротивления чувствительного элемента. Используя две экспериментальных зависимости T(R) и V(R) полученных ранее, определяют скорость расхода и температуру окружающей среды.
Пример конкретного исполнения. На кремниевой пластине 1 толщиной 460 мкм формируют мембрану 2 посредством осаждения диэлектрических слоев из оксида кремния толщиной 0.6 мкм и нитрида кремния 0.13 мкм. Затем с помощью групповой кремниевой технологии изготавливают чувствительный элемент 3 и резистор температурной коррекции 4 операциями осаждения слоя платины толщиной 0.3 мкм, фотолитографии и травления до платины до нитрида кремния. Размер кристалла 3×9 мм2. Площадь рабочей области пластины диаметром 150 мм составляет 13266 мм2. Таким образом, с использованием групповой кремниевой технологии на одной пластине будет сформировано 491 кристаллов. Тем самым, характеристики одного тестового кристалла для контроля температуры и скорости расхода жидкости и газов, описывают параметры остальных 490 кристаллов, используемых в датчиках.
Таким образом, в результате использования предлагаемой конструкции повышается точность определения скорости расхода, снижается энергопотребление, и осуществляется возможность определения температуры окружающей среды.
Источники информации:
1. Полезная модель РФ №145242.
2. Полезная модель РФ №137100 - прототип.
Claims (1)
- Термоанемометрический датчик расхода жидкостей и газов, содержащий размещенный на мембране чувствительный элемент и резистор температурной коррекции, отличающийся тем, что чувствительный элемент одновременно выполняет функцию нагревательного резистора и чувствительного элемента, за счет введения тестового кристалла для контроля температуры и скорости расхода жидкости и газов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017144839U RU177514U1 (ru) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | Термоанемометрический датчик расхода жидкостей и газов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017144839U RU177514U1 (ru) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | Термоанемометрический датчик расхода жидкостей и газов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU177514U1 true RU177514U1 (ru) | 2018-02-28 |
Family
ID=61567982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017144839U RU177514U1 (ru) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | Термоанемометрический датчик расхода жидкостей и газов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU177514U1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU200149U1 (ru) * | 2020-06-25 | 2020-10-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Термоанемометрический датчик расхода жидкостей и газов для экологического мониторинга |
| RU215318U1 (ru) * | 2022-10-18 | 2022-12-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Тепловой датчик расхода газов калориметрического типа |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09218064A (ja) * | 1996-02-08 | 1997-08-19 | Mazda Motor Corp | 流量測定装置 |
| JP2002310757A (ja) * | 2001-04-12 | 2002-10-23 | Ricoh Co Ltd | 微少流量測定装置 |
| RU2486476C2 (ru) * | 2011-03-09 | 2013-06-27 | Валерий Алексеевич Березкин | Первичный преобразователь расхода текучих сред |
| RU137100U1 (ru) * | 2013-08-23 | 2014-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Термоанемометрический датчик расхода жидкостей и газов |
| RU145242U1 (ru) * | 2014-05-27 | 2014-09-10 | Зао "Группа Кремний Эл" | Чувствительный элемент датчика с нагревателем |
-
2017
- 2017-12-20 RU RU2017144839U patent/RU177514U1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09218064A (ja) * | 1996-02-08 | 1997-08-19 | Mazda Motor Corp | 流量測定装置 |
| JP2002310757A (ja) * | 2001-04-12 | 2002-10-23 | Ricoh Co Ltd | 微少流量測定装置 |
| RU2486476C2 (ru) * | 2011-03-09 | 2013-06-27 | Валерий Алексеевич Березкин | Первичный преобразователь расхода текучих сред |
| RU137100U1 (ru) * | 2013-08-23 | 2014-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Термоанемометрический датчик расхода жидкостей и газов |
| RU145242U1 (ru) * | 2014-05-27 | 2014-09-10 | Зао "Группа Кремний Эл" | Чувствительный элемент датчика с нагревателем |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU200149U1 (ru) * | 2020-06-25 | 2020-10-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Термоанемометрический датчик расхода жидкостей и газов для экологического мониторинга |
| RU215318U1 (ru) * | 2022-10-18 | 2022-12-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Тепловой датчик расхода газов калориметрического типа |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3175887B2 (ja) | 測定装置 | |
| CN105548606B (zh) | 基于mems的柔性流速传感器的流速测量方法 | |
| DK2751531T3 (en) | Flow sensor for determining a flow parameter and method for determining the same | |
| CN102608153B (zh) | 多晶硅-金属热电偶塞贝克系数的在线测试结构 | |
| WO2017213118A1 (ja) | 露点測定方法及び露点測定装置 | |
| CN104482971A (zh) | 一种基于mems技术的热式流量传感器 | |
| TW201443448A (zh) | 用於射頻功率量測的微製造熱量計 | |
| CN111157039B (zh) | 一种可同时检测湿度、温度和流量的多功能气体传感器及其制备方法 | |
| CN110726490A (zh) | 一种微尺度火工品发火温度测量装置 | |
| RU177514U1 (ru) | Термоанемометрический датчик расхода жидкостей и газов | |
| Saremi et al. | A MEMS-based hot-film thermal anemometer with wide dynamic measurement range | |
| CN202403836U (zh) | 多晶硅-金属热电偶塞贝克系数的在线测试结构 | |
| Bera et al. | Study of a simple linearization technique of pn-junction-type anemometric flow sensor | |
| CN208206329U (zh) | 一种自标定薄膜热电偶 | |
| CN110274649A (zh) | 一种基于mems技术的热温差型流量传感器及其制备方法 | |
| RU2451295C1 (ru) | Термоанемометр и способ его изготовления | |
| GB2177212A (en) | Flow sensor | |
| CN212903385U (zh) | 基于mems的温差式气体流量传感器 | |
| RU200149U1 (ru) | Термоанемометрический датчик расхода жидкостей и газов для экологического мониторинга | |
| JP2001165739A (ja) | 測定装置の動作方法 | |
| Haneef et al. | High performance SOI-CMOS wall shear stress sensors | |
| RU145242U1 (ru) | Чувствительный элемент датчика с нагревателем | |
| RU2761932C1 (ru) | Способ измерения расхода текучей среды и устройство для его осуществления | |
| CN219777715U (zh) | 一种新型热式风速仪 | |
| JP2619735B2 (ja) | 熱流量センサ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB9K | Licence granted or registered (utility model) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20211020 Effective date: 20211020 |