流量检测装置及气体质量流量控制器制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种流量检测装置及气体质量流量控制器，该装置包括主通道、旁通通道和MEMS流量传感器，其中，主通道用于传输被测气体，且在主通道中设置有分流器；旁通通道的两端分别在分流器的进气端和出气端两侧与主通道连通，且旁通通道包括沿气体传输方向依次设置的渐缩段、直管段和渐扩段，其中，直管段的水力直径满足使通过直管段的气体流动状态为层流；MEMS流量传感器设置于直管段的通道壁上，且MEMS流量传感器的检测面暴露于直管段中，用于检测直管段中的气体流量。于检测直管段中的气体流量。于检测直管段中的气体流量。

【技术实现步骤摘要】
流量检测装置及气体质量流量控制器


[0001]本专利技术涉及流量检测
，具体地，涉及一种流量检测装置及气体质量流量控制器。

技术介绍

[0002]质量流量控制器(Mass Flow Controller，MFC)按其传感器信号检测原理大致可分为热式和压力式的。热式的MFC通过检测流体流动时引起的热量变化信号来实现流量控制。传统的热式的质量流量控制器响应较慢，响应时间相对较长，无法适用于对流量响应时间要求较高的工艺，例如，在半导体的某些刻蚀制程中，需要交替使用多种不同的气体，要求各种气体之间切换速度非常快，同时要求流量快速响应。
[0003]随着MEMS(Microelectro Mechanical Systems，微机电系统)芯片的发展，一种热式的MEMS流量传感器被用来检测气体流量，这种MEMS流量传感器可以直接与被测气体相接触，响应时间短，可以满足对流量响应时间要求较高的要求。
[0004]现有的MEMS流量传感器一般安装在与主通道相连通的旁通通道上，主通道中的一部分气体会通过节流孔被引入旁通通道中，MEMS流量传感器对引入旁通通道中的气体流量进行检测。但是，这种流量检测结构在实际应用在不可避免地存在以下问题：
[0005]其一，由于节流孔的存在，主通道存在尖峰收缩口，主通道的通道壁不光滑，这容易导致气流在节流孔前后端流动转角后产生旋涡，从而可能导致旁通通道的来流压力或出口压力波动，进而导致进入旁通通道的流量产生波动，尤其在来流压力很高的情况下，压力波动会很大，从而难以实现对流量稳定、精确测量。
[0006]其二，由于旁通通道的结构设计不合理，进入旁通通道中的气体的流动状态为湍流，而且流量和流速都较低，这不仅会导致MEMS流量传感器输出的信号强度较低，而且不稳定，信号抗噪声的干扰能力较弱。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种流量检测装置及气体质量流量控制器，其不仅可以对流量进行稳定、精确地检测，而且可以提高MEMS流量传感器输出的信号强度和稳定性，提高信号抗噪声的干扰能力。
[0008]为实现本专利技术的目的而提供一种流量检测装置，包括主通道、旁通通道和MEMS流量传感器，其中，所述主通道用于传输被测气体，且在所述主通道中设置有分流器；
[0009]所述旁通通道的两端分别在所述分流器的进气端和出气端两侧与所述主通道连通，且所述旁通通道包括沿气体传输方向依次设置的渐缩段、直管段和渐扩段，其中，所述直管段的水力直径满足使通过所述直管段的气体流动状态为层流；
[0010]所述MEMS流量传感器设置于所述直管段的通道壁上，且所述MEMS流量传感器的检测面暴露于所述直管段中，用于检测所述直管段中的气体流量。
[0011]可选的，所述MEMS流量传感器包括基板和固定在所述基板上的MEMS芯片，其中，所
述基板设置于所述直管段的通道壁的外表面上；所述MEMS芯片具有所述检测面，且所述MEMS芯片具有所述检测面的一端贯穿所述直管段的通道壁，并相对于所述直管段的通道壁的内表面朝内凸出。
[0012]可选的，所述检测面相对于所述直管段的通道壁的内表面朝内凸出的部分，在垂直于所述直管段的轴向的方向上的厚度大于等于0.1mm，且小于等于0.2mm。
[0013]可选的，所述流量检测装置还包括压板，所述压板自所述直管段的通道壁外部压住所述基板，且至少覆盖整个所述基板，用于提高所述基板的耐压强度。
[0014]可选的，所述MEMS芯片包括沿所述气体传输方向依次设置的上游冷堆、加热电阻和下游冷堆，其中，所述上游冷堆和所述下游冷堆均用于与先后流经二者的被测气体进行对流换热；所述加热电阻用于通过被加载电压产生热量以加热所述被测气体。
[0015]可选的，所述直管段的水力直径满足：雷诺数小于2000，且努赛尔数大于预设数值，以能够提高所述MEMS流量传感器输出的信号强度。
[0016]可选的，所述旁通通道的位于所述MEMS流量传感器上游的上游部分长度满足以下关系式：
[0017]L≥0.05
·
Re
·
d
h
[0018]其中，L为所述上游部分长度；Re为雷诺数；d
h
为所述直管段的水力直径。
[0019]可选的，所述旁通通道还包括上游直管段，所述上游直管段位于所述渐缩段的上游，所述上游直管段和所述渐缩段的长度之和即为所述上游部分长度；并且，所述上游部分长度是所述渐缩段的长度的2倍。
[0020]可选的，所述渐扩段的长度大于等于所述渐缩段的长度的0.5倍。
[0021]可选的，所述渐缩段的最大直径和所述渐扩段的最大直径均等于所述直管段的水力直径的2倍。
[0022]可选的，所述分流器包括由多个分流管组成的分流管束，多个所述分流管均沿所述主通道的轴向设置，且长度和直径均相同。
[0023]作为另一个技术方案，本专利技术还提供一种气体质量流量控制器，包括控制单元、模数转换单元和流量控制阀，以及本专利技术提供的上述流量检测装置，其中，所述MEMS流量传感器用于检测所述直管段中的气体流量，并将所述气体流量的模拟信号发送至所述模数转换单元；
[0024]所述模数转换单元用于将所述模拟信号转换为数字信号，并发送至所述控制单元；
[0025]所述控制单元用于将所述数字信号与输入的设定流量进行比较，并根据比较结果向所述流量控制阀发送控制信号；
[0026]所述流量控制阀设置在所述主通道上，且位于所述分流器的下游，用于根据所述控制信号调节所述主通道输出的气体流量。
[0027]本专利技术具有以下有益效果：
[0028]本专利技术提供的流量检测装置，其通过在主通道中设置分流器，将主通道中的被测气体的部分流量分流至旁通通道中，这与现有技术中采用节流孔的分流方式相比，可以避免主通道因存在尖峰收缩口，通道壁不光滑的结构而导致旁通通道的来流压力或出口压力波动，从而可以提高流入旁通通道的气体流量的稳定性；同时，本专利技术采用的旁通通道包括
沿气体传输方向依次设置的渐缩段、直管段和渐扩段，该直管段的水力直径满足使通过直管段的气体流动状态为层流，渐缩段用于避免因气流产生旋涡和流动分流等而引起的流动不稳定；渐扩段用于提高流出直管段的气流顺畅度，由此，渐缩段、直管段和渐扩段可以共同起到提高流经MEMS流量传感器的气体流量稳定性的作用，从而可以实现对流量进行稳定、精确地检测。此外，渐缩段和渐扩段均还可以起到提高加速气体流动的作用，结合直管段的水力直径的设计，可以使流经MEMS流量传感器的气体能够获得较高的流量和流速，从而可以提高MEMS流量传感器输出的信号强度和稳定性，提高信号抗噪声的干扰能力。
[0029]本专利技术提供的气体质量流量控制器，其通过采用本专利技术提供的上述流量检测装置，不仅可以对流量进行稳定、精确地检测，而且可以提高MEMS流量传感器输出的信号强度和稳定性，提高信号抗噪声的干扰能力。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种流量检测装置，其特征在于，包括主通道、旁通通道和MEMS流量传感器，其中，所述主通道用于传输被测气体，且在所述主通道中设置有分流器；所述旁通通道的两端分别在所述分流器的进气端和出气端两侧与所述主通道连通，且所述旁通通道包括沿气体传输方向依次设置的渐缩段、直管段和渐扩段，其中，所述直管段的水力直径满足使通过所述直管段的气体流动状态为层流；所述MEMS流量传感器设置于所述直管段的通道壁上，且所述MEMS流量传感器的检测面暴露于所述直管段中，用于检测所述直管段中的气体流量。2.根据权利要求1所述的流量检测装置，其特征在于，所述MEMS流量传感器包括基板和固定在所述基板上的MEMS芯片，其中，所述基板设置于所述直管段的通道壁的外表面上；所述MEMS芯片具有所述检测面，且所述MEMS芯片具有所述检测面的一端贯穿所述直管段的通道壁，并相对于所述直管段的通道壁的内表面朝内凸出。3.根据权利要求2所述的流量检测装置，其特征在于，所述检测面相对于所述直管段的通道壁的内表面朝内凸出的部分，在垂直于所述直管段的轴向的方向上的厚度大于等于0.1mm，且小于等于0.2mm。4.根据权利要求2所述的流量检测装置，其特征在于，所述流量检测装置还包括压板，所述压板自所述直管段的通道壁外部压住所述基板，且至少覆盖整个所述基板，用于提高所述基板的耐压强度。5.根据权利要求2所述的流量检测装置，其特征在于，所述MEMS芯片包括沿所述气体传输方向依次设置的上游冷堆、加热电阻和下游冷堆，其中，所述上游冷堆和所述下游冷堆均用于与先后流经二者的被测气体进行对流换热；所述加热电阻用于通过被加载电压产生热量以加热所述被测气体。6.根据权利要求1
‑
5任意一项所述的流量检测装置，其特征在于，所述直管段的水力直径满足：雷诺数小于2000，且努赛尔数大于预设数值，以能够提高所述ME...

【专利技术属性】
技术研发人员：何漫丽，牟昌华，苏乾益，
申请(专利权)人：北京七星华创流量计有限公司，
类型：发明
国别省市：