流量传感器及其整定方法、整定设备技术

本发明专利技术提供一种流量传感器，包括环境温度测量模块、加热模块、流量感应模块和输出控制模块，环境温度测量模块包括第一测温元件，加热模块包括发热元件，流量感应模块包括两个第二测温元件；环境温度测量模块用于响应于第一测温元件的阻值变化生成第一信号，流量感应模块用于响应于两个第二测温元件的阻值之差的变化生成第二信号；输出控制模块用于基于第二信号确定流体的流速，还用于基于第一信号确定流体的温度值，并根据温度值与流速控制加热模块调节发热元件的发热功率，以使其温度值与流体的温度值之间的差值保持为预设温差。本发明专利技术提供的流量传感器能够避免温度漂移，保证流量检测精度。本发明专利技术还提供一种流量传感器的整定方法及整定设备。方法及整定设备。方法及整定设备。

【技术实现步骤摘要】
流量传感器及其整定方法、整定设备


[0001]本专利技术涉及半导体工艺设备领域，具体地，涉及一种流量传感器、一种流量传感器的整定方法以及一种用于实现该整定方法的流量传感器的整定设备。

技术介绍

[0002]微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)传感器是一种通过半导体工艺和材料制造而成的微型传感器，其特点是体积小、成本低、高度集成化。微机电系统技术于20世纪60年代中期问世，一直发展到今天，始终受到传感
的高度重视，并推动了诸多行业的发展，例如物联网、生命科学、航空航天及工业制造等。基于微机电系统技术的气体质量流量传感器与传统热式气体质量流量传感器相比，具有体积小、成本低、响应速度快等优势，因此得到了广泛的应用。
[0003]微机电系统热式气体质量流量传感器(以下简称“MEMS传感器”)工作时需考虑环境温度变化对其造成的影响，当环境温度与芯片温度差发生变化时，传感器内部上下游检测到的温度差也会随之改变，此时系统在处理温度差数据时会引入误差。因此MEMS传感器通常使用恒温差(Constant Temperature Difference,CTD)电路原理驱动，该原理可显著改善传感器的温度漂移现象，提高流量测量的准确性。
[0004]目前绝大多数MEMS传感器仅通过改造电路硬件实现恒温差，例如，在申请文件US4566320A中，为避免热源电阻R15与环境温度之间的温差发生变化而导致MEMS传感器出现温漂，该电路通过电阻R20等电阻实时检测环境温度并反馈至加载在热源电阻R15的电压值，从而使热源电阻R15的温度值随环境温度升高而升高，在一定程度上保证了热源电阻R15的温度值与环境温度之间温差的稳定性，然而，该方案需要保证热源电阻和环境测量电阻的温度系数一致，且电阻R26、R27、R31、R32阻值需保证不受环境温度影响，对元器件的要求较高，对热源电阻R15的温度补偿精度较低。
[0005]因此，如何进一步降低环境温度变化对流量传感器精度的影响，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在提供一种流量传感器、一种流量传感器的整定方法以及一种用于实现该整定方法的流量传感器的整定设备，该流量传感器的流量检测精度高。
[0007]为实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，提供一种流量传感器，包括环境温度测量模块、加热模块、流量感应模块和输出控制模块，所述环境温度测量模块包括第一测温元件，所述加热模块包括发热元件，所述流量感应模块包括两个第二测温元件；其中，所述第一测温元件、所述发热元件和所述第二测温元件均用于与待测流体接触；
[0008]所述环境温度测量模块用于响应于所述第一测温元件的阻值变化生成第一信号，所述流量感应模块用于响应于两个所述第二测温元件的阻值之差的变化生成第二信号；所述加热模块用于响应于所述输出控制模块的控制信号调节所述发热元件的发热功率；所述
输出控制模块用于基于所述第二信号确定流经所述流量传感器的的感应区域的流体的流速，还用于基于所述第一信号确定所述流体的温度值，并根据所述温度值与所述流速控制所述加热模块调节所述发热元件的发热功率，以使所述发热元件的温度值与所述流体的温度值之间的差值保持为预设温差。
[0009]可选地，所述加热模块还包括电压调整元件和恒压源，所述电压调整元件具有第一端、第二端和调节端，所述第一端与所述第二端分别与所述恒压源的两端电连接，以使所述第一端与所述第二端之间存在第一预设电位差，所述电压调整元件具有连接在所述第一端与所述第二端之间的内阻，所述发热元件的两端分别与所述电压调整元件的第二端和所述电压调整元件的调节端连接，所述加热模块用于响应于所述控制信号调节所述电压调整元件与所述发热元件并联的内阻的大小，以改变所述发热元件的功率。
[0010]可选地，所述电压调整元件为数字电位器，且具有255个档位，所述发热元件两端的电压差随所述电压调整元件档位值的增大而增大。
[0011]可选地，所述输出控制模块用于根据所述流体的温度值与所述流体的流速控制所述加热模块调节所述电压调整元件的档位，以使所述电压调整元件的档位满足计算式：
[0012][0013]其中，i为所述电压调整元件的档位值，Tr为所述流体的温度值，v为所述流体的流速，f(Tr)为关于所述流体的温度值的第一预设函数，g(v)为关于所述流体的流速的第二预设函数，T0为预设常温温度，Rh0为所述发热元件在所述预设常温温度下的阻值，C为所述预设温差，V
b
为所述预设电位差，α为预设常数。
[0014]可选地，所述流量感应模块还包括第一差分放大器、第一电阻和第二电阻，两个所述第二测温元件串联在两个具有第二预设电位差的预设电位点之间，所述第一电阻和所述第二电阻串联在相同的两个所述预设电位点之间，所述第一差分放大器的正输入端连接在两个所述第二测温元件之间，所述第一差分放大器的负输入端连接在所述第一电阻与所述第二电阻之间，所述第一差分放大器的输出端用于输出所述第二信号。
[0015]可选地，所述环境温度测量模块还包括恒流源与第二差分放大器，所述第一测温元件的两端与所述恒流源的输入端和输出端电连接，所述第二差分放大器的正输入端和负输入端连接在所述第一测温元件的两端，所述第二差分放大器的输出端用于输出所述第一信号。
[0016]可选地，所述发热元件包括沿垂直于流体流向方向延伸且沿所述流体流向间隔的多个第一延伸部，多个所述第一延伸部的端部首位相接串联形成所述发热元件，且位于两侧的两个所述第一延伸部的自由端形成为所述发热元件的两端；
[0017]所述第二测温元件包括连接部和多个第二延伸部，所述连接部沿垂直于所述流体流向方向延伸，多个所述第二延伸部沿所述流体流向延伸且沿垂直于所述流体流向方向间隔，多个所述第二延伸部的端部首位相接串联，与所述发热元件的端部位于所述感应区域同一侧的所述第二延伸部的自由端形成为所述第二测温元件的第一端，另一侧的所述第二延伸部的自由端与所述连接部的第一端连接，所述连接部的第二端形成为所述第二测温元件的第二端，所述第二测温元件两端之间的电阻随其所处环境温度的变化而变化。
[0018]可选地，所述第一测温元件包括沿垂直于流体流向方向延伸且沿所述流体流向间
隔的多个第三延伸部，多个所述第三延伸部的端部首位相接串联形成所述发热元件，且位于两侧的两个所述第三延伸部的自由端形成为所述第一测温元件的两端，所述第一测温元件两端之间的电阻随其所处环境温度的变化而变化；
[0019]所述环境温度测量模块还包括恒流源与第二差分放大器，所述第一测温元件的两端与所述恒流源的输入端和输出端电连接，所述第二差分放大器的正输入端和负输入端连接在所述第一测温元件的两端，所述第二差分放大器的输出端用于输出所述第一信号。
[0020]可选地，所述输出控制模块用于根据所述第一信号，基于公式Tr＝k1Vd+k2确定所述流体的温度值，其中，Tr为所述流体的温度值，Vd本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种流量传感器，其特征在于，包括环境温度测量模块、加热模块、流量感应模块和输出控制模块，所述环境温度测量模块包括第一测温元件，所述加热模块包括发热元件，所述流量感应模块包括两个第二测温元件；其中，所述第一测温元件、所述发热元件和所述第二测温元件均用于与待测流体接触；所述环境温度测量模块用于响应于所述第一测温元件的阻值变化生成第一信号，所述流量感应模块用于响应于两个所述第二测温元件的阻值之差的变化生成第二信号；所述加热模块用于响应于所述输出控制模块的控制信号调节所述发热元件的发热功率；所述输出控制模块用于基于所述第二信号确定流经所述流量传感器的感应区域的流体的流速，还用于基于所述第一信号确定所述流体的温度值，并根据所述温度值与所述流速控制所述加热模块调节所述发热元件的发热功率，以使所述发热元件的温度值与所述流体的温度值之间的差值保持为预设温差。2.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，所述加热模块还包括电压调整元件和恒压源，所述电压调整元件具有第一端、第二端和调节端，所述第一端与所述第二端分别与所述恒压源的两端电连接，以使所述第一端与所述第二端之间存在第一预设电位差，所述电压调整元件具有连接在所述第一端与所述第二端之间的内阻，所述发热元件的两端分别与所述电压调整元件的第二端和所述电压调整元件的调节端连接，所述加热模块用于响应于所述控制信号调节所述电压调整元件与所述发热元件并联的内阻的大小，以改变所述发热元件的功率。3.根据权利要求2所述的流量传感器，其特征在于，所述电压调整元件为数字电位器，且具有255个档位，所述发热元件两端的电压差随所述电压调整元件档位值的增大而增大。4.根据权利要求3所述的流量传感器，其特征在于，所述输出控制模块用于根据所述流体的温度值与所述流体的流速控制所述加热模块调节所述电压调整元件的档位，以使所述电压调整元件的档位满足计算式：其中，i为所述电压调整元件的档位值，Tr为所述流体的温度值，v为所述流体的流速，f(Tr)为关于所述流体的温度值的第一预设函数，g(v)为关于所述流体的流速的第二预设函数，T0为预设常温温度，Rh0为所述发热元件在所述预设常温温度下的阻值，C为所述预设温差，V
b
为所述预设电位差，α为预设常数。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的流量传感器，其特征在于，所述流量感应模块还包括第一差分放大器、第一电阻和第二电阻，两个所述第二测温元件串联在两个具有第二预设电位差的预设电位点之间，所述第一电阻和所述第二电阻串联在相同的两个所述预设电位点之间，所述第一差分放大器的正输入端连接在两个所述第二测温元件之间，所述第一差分放大器的负输入端连接在所述第一电阻与所述第二电阻之间，所述第一差分放大器的输出端用于输出所述第二信号。6.根据权利要求1至4中任意一项所述的流量传感器，其特征在于，所述环境温度测量模块还包括恒流源与第二差分放大器，所述第一测温元件的两端与所述恒流源的输入端和输出端电连接，所述第二差分放大器的正输入端和负输入端连接在所述第一测温元件的两端，所述第二差分放大器的输出端用于输出所述第一信号。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的流量传感器，其特征在于，所述发热元件包括沿垂直于流体流向方向延伸且沿所述流体流向间隔的多个第一延伸部，多个所述第一延伸部的端部首位相接串联形成所述发热元件，且位于两侧的两个所述第一延伸部的自由端形成为所述发热元件的两端；所述第二测温元件包括连接部和多个第二延伸部，所述连接部沿垂直于所述流体流向方向延伸，多个所述第二延伸部沿所述流体流向延伸且沿垂直于所述流体流向方向间隔，多个所述第二延伸部的端部首位相接串联，与所述发热元件的端部位于所述感应区域同一侧的所述第二延伸部的自由端形成为所述第二测温元件的第一端，另一侧的所述第二延伸部的自由端与所述连接部的第一端连接，所述连接部的第二端形成为所述第二测温元件的第二端，所述第二测温元件两端之间的电阻随其所处环境温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：王蒙，王贲，
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：