[发明专利]双模式微流速计及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双模式微流速计及其制备方法，包括：下极板，其上设置有用于流速检测的热敏感膜电阻Ⅰ和用于温度补偿的热敏感膜电阻Ⅱ；中间极板，其为门型结构，门型结构的横梁为微漩涡发生器；中间极板连接在下极板的上方；上极板，其连接在中间极板的上方；其中，下极板、中间极板和上极板相连接形成微流速计测量腔；流动的流体通过下极板、中间极板和上极板的引导进入微流速计测量腔；热敏感膜电阻Ⅰ通过与其连接的引线电极Ⅰ通电流加热后检测由流动引起的热损耗；热敏感膜电阻Ⅱ通过与其连接的引线电极Ⅱ通电流加热后检测流动的流体中的温度；微漩涡发生器对流场产生扰动使得微流速计内部出现周期性漩涡，根据漩涡分离频率得到管内流速。

技术领域

本发明属于流速测量传感技术领域，具体涉及一种结合表面流动热膜检测和卡门涡街分离频率检测两种工作模式的微流速计。

背景技术

在生产生活的各个领域，对微型、轻质、低功耗、高性能的微型流速计的需求是巨大的。例如，在流动机理研究方面，需要得到湍流边界层的瞬时流速、脉动速度，三维湍流问题、流动控制等也需要获得点位置的流速信息；在流体机械、航空器优化设计方面，需要直接测量载体表面的流场分布情况；在生命科学领域，使用微流控技术进行精确地微量取样、进样等操作。

传统的流速测量系统体积大、机电结构复杂，因而难以微型化，如转子流速计、文丘里管、超声多普勒、激光多普勒测量仪、粒子成像测速等。基于微机电加工工艺制作的微流速计，则能够简便的安装在被测对象上，并对其原有形貌造成尽量小的影响。微流速计的一个主要形式是热线/热膜流速计，其工作原理是将一根细金属丝(热线)或一层金属薄膜(热膜)作为敏感元件放在流场中，通过电流加热热线或热膜，当风速变化时，热线或热膜的温度就随之变化，从而改变其电阻产生电信号的变化，这种变化和风速之间具有单调的一一对应关系，因此通过预先的校准过程，测量该电信号的变化就可以得到实际流场的速度大小。

由于测量原理和结构的限制，热膜流速计的应用具有一定的局限性。热线流速计在高速流场中由于受到的气动载荷较大，会因热线电阻丝自身应变、振动甚至机械损坏等问题而导致使用寿命有限。热膜流速计的敏感电阻薄膜是沉积(或溅射)于诸如玻璃的基底之上，一方面，相比于热线流速计的电阻丝悬空于流场之中，热膜流速计因气动载荷产生的变形小而牢固可靠；但另一方面，由于其与流体热交换速度小于热线流速计，其测量流速范围亦小于热线流速计。此外，热线/膜流速计在低流速情况下灵敏度较高，但流速增大后，灵敏度逐渐降低甚至饱和，因此流速测量范围较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结合表面流动热膜检测和卡门涡街分离频率检测两种工作模式的微流速计，以克服现有的热膜式微流速计测量范围小的缺陷。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种双模式微流速计，包括：

下极板，其上相邻设置有用于流速检测的热敏感膜电阻Ⅰ和用于温度补偿的热敏感膜电阻Ⅱ；

中间极板，其为门型结构，所述门型结构的横梁为微漩涡发生器；所述中间极板连接在下极板的上方；

上极板，其连接在中间极板的上方；

其中，所述下极板、中间极板和上极板相连接形成微流速计测量腔；流动的流体通过下极板、中间极板和上极板的引导进入微流速计测量腔；所述热敏感膜电阻Ⅰ通过与其连接的引线电极Ⅰ通电流加热后检测由流动引起的热损耗；所述热敏感膜电阻Ⅱ通过与其连接的引线电极Ⅱ通电流加热后检测流动的流体中的温度；所述微漩涡发生器对流场产生扰动使得微流速计内部出现周期性漩涡，根据漩涡分离频率得到管内流速。

优选的是，所述下极板和上极板均为玻璃板。

优选的是，所述中间极板为单晶硅。

优选的是，所述热敏感膜电阻Ⅰ和热敏感膜电阻Ⅱ的材质为铂金。

优选的是，所述上极板和中间极板通过阳极键合方式连接；所述下极板和中间极板通过阳极键合方式连接。