高温环境下热式微流量传感器及检测系统研究

摘要

平板微热管是较有效的传热器件之一，它为电子产品的散热问题提供了一种有效可行的解决途径。为了探索平板微热管的传热特性与其结构设计之间的关系，了解微热管内不同温度区间的蒸汽传输特性，为提高微热管性能研究提供直接可靠的实验数据，本文开展了高于室温环境的热式气体微流量传感器及其检测系统的研究。
　　利用ANSYS仿真软件分析了液体或气体流经不同加热器结构的热式流量传感器的温度场分布，在此基础上设计了一种便于探索最佳温度测量点的热式微流量传感器结构，并利用MEMS技术进行了加工制作，在不同环境温度下对其性能进行了测试，得到了环境温度与热式微流量传感器性能的关系。基于MSP430单片机和C＃语言，自主开发了流量传感器检测系统，可对一定范围内的气体流量进行实时检测，并绘制流速随时间的变化曲线。将本文设计的热式微流量传感器封装于微热管内部，对其温度场分布进行了测试，分析了热式流量传感器的加热器对微热管内部温度场的影响，验证了利用热式微流量传感器测量微热管内部蒸汽流量的可行性。在此基础上，对用于微热管蒸汽流量测量的热式流量传感器结构进行了优化，并对蒸汽流量进行了测试分析。
　　测试结果表明，本文设计的热式微流量传感器可以检测高于室温环境下的气体微流量，并可通过提高加热器温度或改变测温电阻对的测量位置来提高测量灵敏度。结构优化的热式微流量传感器可以用于微热管内部蒸汽流量的测量，其测量结果对于研究微热管性能具有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的提出

1．2 热式微流量传感器的国内外研究现状

1．3 本文的主要工作

2 热式微流量传感器及其检测系统简介

2．1 热式微流量传感器的工作原理

2．1．1 同质流体运动的方程描述

2．1．2 流体动力学边界层

2．1．3 热边界层

2．1．4 ANSYS仿真软件在热分析中的应用

2．2 温度检测方法简介

2．2．1 温度传感器简介

2．2．2 Pt薄膜电阻及其温度特性

2．3 上位机软件开发方法及C#简介

2．3．1 上位机软件开发方法

2．3．2 ．NET Framework和C#语言简介

3 热式微流量传感器仿真及其设计制作

3．1 热式微流量传感器的ANSYS仿真

3．1．1 不同形状加热器的加热效果

3．1．2 热式微流量传感器仿真

3．2 热式微流量传感器的设计及其制作

3．2．1 热式微流量传感器设计及掩膜版制作

3．2．2 微流量传感器工艺制作

3．2．3 微流量传感器的焊接及封装

4 微流量传感器检测系统设计

4．1 系统整体设计方案

4．2 模拟电路设计

4．2．1 流量采集电路

4．2．2 求差电路

4．2．3 线性放大电路

4．2．4 双向限幅电路

4．2．5 输出电路

4．2．6 模拟部分电路仿真

4．3 数字电路设计

4．3．1 单片机系统设计

4．3．2 电平转换电路设计

4．4 上位机程序设计

4．5 印制电路板实现

5 微流量传感器测试结果及其分析

5．1 微流量检测系统平台搭建

5．2 微流量传感器的标定及测量结果分析

5．2．1 环境温度与加热器温度场分布关系

5．2．2 微流量传感器的标定

5．2．3 微流量传感器的实际测量

5．3 微流量传感器用于平板微热管测量的可行性分析及其结构优化

5．3．1 测试平台的搭建

5．3．2 微热管内部温度分布

5．3．3 微流量传感器的结构优化

5．3．4 微流量传感器的标定

5．3．5 微流量传感器的误差分析

5．3．6 内置微流量传感器对微热管性能的影响

5．4 微流量传感器在平板微热管中的应用

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢