大于10000:1的宽量程比热式质量流量计研究

作     者：康乔乔 陶继方 李炎 赵佳 张娟 田伟 KANG Qiaoqiao;TAO Jifang;LI Yan;ZHAO Jia;ZHANG Juan;TIAN Wei

作者机构：山东大学激光与红外系统集成技术教育部重点实验室青岛266237 山东大学信息科学与工程学院青岛266237 山东大学光学高等研究中心青岛266237 潍坊计量所潍坊261061 青岛芯笙微纳电子科技有限公司青岛266101 

出 版 物：《真空科学与技术学报》 (Chinese Journal of Vacuum Science and Technology)

年 卷 期：2022年第42卷第11期

页      面：828-834页

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 

主　　题：质量流量计 微机电 宽量程比 

摘      要：本文设计并研制了一种基于微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems MEMS)流量芯片的高性能气体质量流量计,在保证精度的同时极大地扩宽了量程比这一关键技术参数,用于满足实验室、氢能、环保等产业对高精度、宽量程气体质量流量计的要求。在无分流情况下,通过理论分析和实验测试得到MEMS流量芯片的灵敏度和检测下限分别为:0.192 mV/sccm和2.707×10^(-3)mL/min,并以此设计了一种双模运算处理电路和分流流道设计,用来拓展流量计的测量量程范围。为了保证宽量程范围内的稳定性与准确性,对流量计内部的流道结构进行了流体仿真分析,并对双模运算处理电路进行了协同优化设计。测试结果表明该气体质量流量计的最小探测极限为0.659 mL/min,在0.1-100 slm范围内输出电压的测试结果的最大相对标准差为1.07%,流量波动的满量程误差为0.15%;在0-100 mL/min范围内输出电压的最大相对标准差为3.6%,流量波动的满量程误差为0.09%。该流量计在0.15%的满量程误差范围内可实现最大检测流量为100 slm,最小检测流量10 mL/min,可实现10000∶1的量程比,并具有较好的重复性和稳定性。