[发明专利]基于巨压阻传感器的高灵敏度气体流量测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于巨压阻传感器的高灵敏度气体流量测量装置及方法，装置包括若干个环绕在管道外壁上的巨压阻传感器，巨压阻传感器包括自下至上叠放的玻璃基底层、硅底层和绝缘二氧化硅层，绝缘二氧化硅层四周设置有硅铝异质结，硅铝异质结包括自内而外依次嵌套的内层硅、中间层铝和外层硅，硅铝异质结的两端设置有金属边，金属边通过引线连接金属片，金属片通过其上引出的电极连接铝端子；本发明采用硅铝异质结在相同应力下产生更大的阻值变化，使得压阻系数与应变系数成倍的增加，提升了灵敏度，使得测量数据更加准确；巨压阻传感器以120°环绕安装在通过待测气体的管道上，可以测量管道不同位置的数据，得到真实的气体流量值。

技术领域

本发明属于微纳机电系统传感器技术领域，特别涉及一种基于巨压阻传感器的高灵敏度气体流量测量装置及方法。

背景技术

随着社会的不断发展，气体流量的测量在工业生产源头以及过程控制中占有越来越重要的地位，气体的流量参数逐渐成为各种科学实验、工业生产和进行经济核算所必需的重要参数。在工业生产自动化程度越来越高的当今时代，气体流量传感器在国民经济中的作用日益重要，高灵敏度和高精度的气体流量测量，有助于人们更好的掌握气体的流动过程，从而优化生产工艺，更好的提高生产质量与效率。一般而言，在涉及到气体流量传感器使用的社会各行业中，气体流量传感器的测量灵敏度、测量精度、工作稳定性、环境适应能力、智能化水平以及性价比等各指标都会极大地影响着该种类行业的发展，例如，气体能源等领域使用的传统气体流量测量仪器存在稳定性差、容易受到温度影响、灵敏度和精度较低的问题，无法满足越发提高的现实要求，因而迫切需要灵敏度和精度更高的气体流量传感器。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种基于巨压阻传感器的高灵敏度气体流量测量装置及方法，利用硅铝异质结巨压阻传感器极大地提升了测量装置的灵敏度和准确性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于巨压阻传感器的高灵敏度气体流量测量装置，包括若干个均匀环绕安装在被测气体的管道外壁上的巨压阻传感器，每个巨压阻传感器包括自下至上依次叠放的玻璃基底层、硅底层和绝缘二氧化硅层，所述绝缘二氧化硅层上表面的四周分别设置有一组硅铝异质结，每组硅铝异质结包括自内而外依次嵌套的内层硅、中间层铝和外层硅，硅铝异质结的两端均设置有金属边，每个金属边各自通过引线连接金属片，金属片通过其上引出的电极连接有铝端子。

进一步的，所述硅底层底部向上设置有凹槽，位于凹槽上方的硅底层为巨压阻传感器的受力应变薄膜。

进一步的，所述硅铝异质结为圆柱状结构，其中内层硅和中间层铝之间的硅铝接触区域形成第一接触势垒，中间层铝和外层硅之间的硅铝接触区域形成第二接触势垒。

进一步的，所述四组硅铝异质结分别设置于绝缘二氧化硅层上表面的四周，其中两组面对面设置硅铝异质结位于受力应变薄膜相对应的范围内，另外两组面对面设置的硅铝异质结位于受力应变薄膜相对应的范围外，位于受力应变薄膜相对应的范围内两组硅铝异质结的连线与位于受力应变薄膜相对应的范围外两组硅铝异质结的连线互相垂直。

进一步的，位于受力应变薄膜相对应的范围内两组硅铝异质结是被测端；位于受力应变薄膜相对应的范围外两组硅铝异质结是参考端。

进一步的，相邻的巨压阻传感器相对于被测气体的管道轴向的旋转角度为120°。

进一步的，所述被测气体的管道内壁上设置有若干个温度传感器。

进一步的，气体流量测量装置还包括电源、信号调理电路、A/D转换器、单片机、显示器和HID，其中信号调理电路包括运算放大器和滤波器，

进一步的，所述电源分别连接巨压阻传感器、信号调理电路、A/D转换器、单片机，并为其供电；所述巨压阻传感器的电极和温度传感器分别连接运算放大器，再经滤波器和A/D转换器传递至单片机，所述单片机连接显示器和HID。