一种热电堆温度梯度气体流速传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种热电堆温度梯度气体流速传感器，本发明专利技术通过加热源，以及以加热源为中心的四面分布的热电堆温度梯度检测器件，实现温度梯度检测。薄膜型热电堆自身热容很小，反应速度快；热电堆的输出信号只与温差以及热电材料有关，而与宽度、厚度关系不大，因此制造重复性好，一致性好，为批量生产创造了条件；级联热电堆信号得到加强，在几个uW热源作用下，就可以产生较强的信号；制造工艺与CMOS工艺兼容，可以批量化生产；另外还具有成本低廉、寿命长的特点，本发明专利技术涉及的流速传感器没有机械疲劳，老化速度慢，因此能够保持长期稳定，寿命超长。长。长。

【技术实现步骤摘要】
一种热电堆温度梯度气体流速传感器


[0001]本专利技术涉及气体流速传感器
，特别是一种热电堆温度梯度气体流速传感器。

技术介绍

[0002]迄今为止，气体流速测量的方法和仪表的种类繁多，目前最流行、最广泛的分类为：容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计、流体振荡流量计，对于大流量、大管径的气体流量测量最多的是差压式流量计，可供工业测量的流量仪表种类达100多种。
[0003]而对于温度梯度流速检测，现有技术中早在几百年前就有人提出，但是至今并没有很好地实现，根本原因在于：微小的温度梯度检测存在困难。因此急需一种可检测微小温度梯度的气体流速传感器。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种热电堆温度梯度气体流速传感器，旨在解决现有技术中对于微小温度梯度检测存在困难的问题，实现微小的温度梯度检测，降低生产升本，提高产品寿命，且实现批量化生产。
[0005]为达到上述技术目的，本专利技术提供了一种热电堆温度梯度气体流速传感器，所述传感器包括：
[0006]加热源，以及以加热源为中心的四面分布的热电堆温度梯度检测器件；
[0007]所述热电堆温度梯度检测器件为级联型薄膜热电堆；
[0008]所述热电堆温度梯度检测器件的分布方式为：沿着气体流速方向，在加热源上下游各有一个热电堆，分别为上游热电堆和下游热电堆；在垂直气体流速方向上下各有一个热电堆，分别为上偏热电堆和下偏热电堆。
[0009]优选地，所述传感器在一个平面载体上制造，平面载体为玻璃、陶瓷以及硅片的任意一种。
[0010]优选地，所述加热源采用电阻材料制造，或者为有源器件，加热源的加热功率由驱动电路控制，在工作时处于恒定功率加热状态。
[0011]优选地，所述驱动电路设置在X轴正方向，并且远离下游热电堆。
[0012]优选地，所述传感器与驱动电路一起制造或者分开制造。
[0013]优选地，所述传感器在工作状态时，驱动电路向传感器的中心加热源提供恒定的驱动功率，形成一个以加热源为中心向其他方向分布的温度梯度场；
[0014]当气体流速为零时，形成固定的温度梯度场，四个热电堆的输出为流量零点状态值；
[0015]当气体流速不为零时，形成新的温度梯度场，新的温度梯度场只与气体流速有关，通过检测温度梯度场的变化可得到气体流速。
[0016]优选地，所述热电堆采用热电材料制造，包括Bi2Te3系材料、PbTe系材料。
[0017]
技术实现思路
中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是专利技术所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
[0018]与现有技术相比，本专利技术采用级联热电堆沿温度场分布，恰好实现温度梯度检测；薄膜型热电堆自身热容很小，反应速度快；热电堆的输出信号只与温差以及热电材料有关，而与宽度、厚度关系不大，因此制造重复性好，一致性好，为批量生产创造了条件；级联热电堆信号得到加强，在几个uW热源作用下，就可以产生较强的信号；制造工艺与CMOS工艺兼容，可以批量化生产；
[0019]另外还具有成本低廉、寿命长的特点，本专利技术涉及的流速传感器没有机械疲劳，老化速度慢，因此能够保持长期稳定，寿命超长。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例中所提供的一种热电堆温度梯度气体流速传感器结构示意图。
具体实施方式
[0021]为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利技术进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本专利技术的不同结构。为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本专利技术省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本专利技术。
[0022]下面结合附图对本专利技术实施例所提供的一种热电堆温度梯度气体流速传感器进行详细说明。
[0023]如图1所示，本专利技术公开了一种热电堆温度梯度气体流速传感器，所述传感器包括：
[0024]加热源，以及以加热源为中心的四面分布的热电堆温度梯度检测器件；
[0025]所述热电堆温度梯度检测器件为级联型薄膜热电堆；
[0026]所述热电堆温度梯度检测器件的分布方式为：沿着气体流速方向，在加热源上下游各有一个热电堆，分别为上游热电堆和下游热电堆；在垂直气体流速方向上下各有一个热电堆，分别为上偏热电堆和下偏热电堆。
[0027]所述加热源为微加热源，加热功率大约为几十到几百uW。
[0028]以加热源为中心，沿着X、Y、上、下四个方向设置热电堆，所述热电堆采用多级串联结构的薄膜型热电堆，采用多级串联结构，可以把每节热电堆的温差电势串联，提高输出信号的幅度。
[0029]在本专利技术实施例中，所述气体流量传感器需放置在气体流场中，为叙述方便，将气体来源方位定义为上游，气体流出方位定义为下游，并把气体流动方向定义为X轴，与气体流向垂直的方向定义为Y轴。
[0030]所述传感器在一个平面载体上制造，平面载体可以选择为玻璃、陶瓷以及硅片等，
优选在硅片上制造，可以采用比较成熟的CMOS集成电路工艺。
[0031]所述传感器优选设计为正方形薄片，其他形状也可以，正方形更加节省材料的面积，在采用CMOS工艺制造时，成本更加有利。
[0032]在传感器薄片的中心位置设置加热源，所述加热源采用电阻材料制造，也可以采用有源器件代替，在CMOS工艺中较好的选择是采用金属层或者多晶硅层制造，加热源的加热功率由驱动电路控制，在工作时处于恒定功率加热状态。
[0033]在加热源的X轴负方向位置上，设置一个上游热电堆，在X轴正方向设置一个下游热电堆，在Y轴负方向位置设置一个下偏热电堆，在Y轴正方向制造一个上偏热电堆，由于气流在Y轴方向没有流动，因此上偏热电堆和下偏热电堆的信号取其一即可。为了节省成本，上偏热电堆和下偏热电堆只制造一个即可，但是为了增加传感器的对称性，较好的办法是两个都制造。与此类似，上游热电堆输出信号对流量监测的贡献偏小，在制造时为了降低成本，可以选择忽略，但是优选地方案是带有上游热电堆。
[0034]为了提高对称性，对称性对监测效果更加有利，在X轴正方向或者负方向位置，在同一个平面载体上，离开上游热电堆或者下游热电堆较远的位置，可以制造传感器驱动电路，在CMOS工艺上，这是非常容易实现的。驱动电路可以和传感器不一起制造，采用分别制造也会取得相同的效果，但是从成本角度考虑一起制造会更加低廉。为了降低驱动电路的功耗对监测精度的影响，驱动电路设置在X轴正方向更加有利，并且远离下游热电堆。当然，驱动电路也可设置在传感器的其他方位，但是监测效果会降低。
[0035]所述热电堆采用热电材料制造，例如Bi2Te3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热电堆温度梯度气体流速传感器，其特征在于，所述传感器包括：加热源，以及以加热源为中心的四面分布的热电堆温度梯度检测器件；所述热电堆温度梯度检测器件为级联型薄膜热电堆；所述热电堆温度梯度检测器件的分布方式为：沿着气体流速方向，在加热源上下游各有一个热电堆，分别为上游热电堆和下游热电堆；在垂直气体流速方向上下各有一个热电堆，分别为上偏热电堆和下偏热电堆。2.根据权利要求1所述的一种热电堆温度梯度气体流速传感器，其特征在于，所述传感器在一个平面载体上制造，平面载体为玻璃、陶瓷以及硅片的任意一种。3.根据权利要求1所述的一种热电堆温度梯度气体流速传感器，其特征在于，所述加热源采用电阻材料制造，或者为有源器件，加热源的加热功率由驱动电路控制，在工作时处于恒定功率加热状态。4.根据权利要求3所述的一种热电堆温度梯度...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，郭荣岭，
申请(专利权)人：山东齐芯智控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：