[发明专利]一种宽量程高精度流量传感器及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及流量传感器技术领域，特指一种宽量程高精度流量传感器及制作方法，尤其是通过分叉管道口径不同导致的流量差异实现宽量程范围高精度测量的流量传感器。

背景技术

微机械在流体领域有着巨大的应用前景，用来测量流体的各种性质的微流体传感器是微流体机械的一个重要领域。目前，对流体的性质测量主要集中在流速、流量、流向几个方面。传统的微差压传感器通过压差测量流量，高流量时精确且分辨力好，低流量是精度较差。经过30多年的发展，热式微流量传感器已经广泛应用，热式流量传感器有很多优点，例如可以实现CMOS工艺兼容、低流量测量灵敏度高等，但在较高范围的流量测试时精度不够。如何实现既有高的低压差测量精度，也能保证较大的测量范围是目前的这类传感器的研发重点。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种宽量程高精度流量传感器及制作方法，该传感器由同一流体管道在内部分成两个口径不同的分管道及在每个分管道中分别设置热式流量测试结构组成。当流体从总管道一端流向另一端时经过两个口径不同、长度相同的分管道，由于细分管道中流量小于粗分管道中的流速，流速大小与两分管道口径大小有关，当总管道、细分管道和粗分管道口径之比达到一定值时，粗分管道中的流速大于总管道流速，细分管道中的流速小于总管道流速。因此相当于将待测流速通过不同口径的分管道进行了放大和缩小，当待测流体的流速较小时，起放大作用的粗分管道中的流量增大，导致该管道内的流量测试结构率先工作，使待测流量的低量程端分辨率和测量精度提高，当待测流速较大时，粗分管道中的流量测试结构精度降低，但起缩小作用的细分管道中的流量测试结构开始正常工作且有较高的精度，因此本发明提出的测量方案可以提高流量测量范围和整体测量精度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种宽量程高精度流量传感器，包括封装总管道，封装总管道包括依次连接的封装总管道入口腔体、封装总管分流腔体与封装总管道出口腔体，封装总管分流腔体内设有粗分管道与细分管道，粗分管道与细分管道一端分别连通于封装总管道入口腔体，粗分管道与细分管道另一端分别连通于封装总管道出口腔体，粗分管道与细分管道内均设有热式流量测试装置。

进一步而言，所述封装总管道入口腔体的口径大小与封装总管道出口腔体的口径大小相等，粗分管道的口径小于封装总管道入口腔体的口径，细分管道小于粗分管道的口径，粗分管道与细分管道的长度相等，粗分管道与细分管道采用上下平行结构设于封装总管分流腔体内。

进一步而言，所述热式流量测试装置由加热电阻、温度传感器一、温度传感器二与芯片衬底组成，加热电阻设于芯片衬底中心位置上，温度传感器一与温度传感器二分别对称设于加热电阻两侧位置。

进一步而言，所述热式流量测试装置包括热式流量测试装置一与热式流量测试装置二，热式流量测试装置一设于粗分管道中心位置，且与粗分管道的管道壁齐平或稍突出管道壁一些，热式流量测试装置二设于细分管道中心位置，且与细分管道的管道壁齐平或稍突出管道壁一些。

进一步而言，所述粗分管道与细分管道内的热式流量测试装置的引线焊盘设于封装总管分流腔体外壁上。

一种宽量程高精度流量传感器，其制作方法，步骤如下：

步骤一，首先，制造热式流量测试装置，采用硅晶圆作为芯片衬底，通过氧化在硅片表面生长一层热二氧化硅薄膜，然后采用剥离工艺光刻形成加热电阻、温度传感器一与温度传感器二的图形；

步骤二，采用磁控溅射法生长金属铂薄膜，利用剥离工艺形成加热电阻、温度传感器一与温度传感器二的结构；

步骤三，通过机械铸模的方法，利用ABS塑料注塑形成封装总管道的结构，在封装总管道入口腔体中的粗分管道与细分管道中心段开槽，大小可以嵌入制造热式流量测试装置，且将热式流量测试装置引线焊盘留在封装总管道入口腔体的外壁上，便于引线；

步骤四，采用环氧类灌封胶将热式流量测试装置一与热式流量测试装置二密封于粗分管道与细分管道上，从而实现了传感器的制造。

本发明有益效果：

1.通过在封装总管道分流腔体内部设有粗分管道与细分管道，并在粗分管道与细分管道内均设有热式流量测试装置，可以实现待测流体流速的放大与缩小，从而扩展了传感器的测量范围和提升了测量精度，且同时提升了检测灵敏度；

2.采用热式流量测试装置，其结构简单，加工成本低。

附图说明

图1是本发明封装总管道结构示意图；

图2是本发明热式流量传感结构示意图。