利用有限元分析工具ANSYS/ FLOTRAN , 模擬并分析了一個基于薄膜結構的熱電型氣體流量傳感器的溫度場。并具體地分析了在氣體流量通道入口處氣體的流向角度對傳感器輸出信號以及氣體流動狀態的影響。將最終的模擬計算結果與實驗數據進行比較,發現二者基本吻合。利用此熱學模型來模擬和分析此類傳感器,不但可以減少大量的模擬分析過程而且可以降低計算的復雜度,另外也為此類傳感器的設計和驗證提供了一個非常簡單而有效的方法和依據。
流量傳感器在現代社會中的應用已愈加廣泛,它對于工農業生產、氣象和醫學以及日常生活等都具有很重要的意義。流量傳感器的工作原理大致可以分為動量型和傳輸型。硅熱流量傳感器屬于熱式傳輸型。相對于其它流量傳感器而言,硅熱流量傳感器具有許多明顯的優點[1 ] 。它的主要工作原理是依靠被加熱的傳感器與流體間的對流換熱現象。當有流體經過被加熱的傳感器時,傳感器的溫度分布將會隨流體的流動狀態的變化而改變。其溫度分布可以利用熱敏感元件(如熱敏電阻器、二極管或者熱電偶等) 來實現測量。按其具體的工作原理,可以將熱流量傳感器分為三類:熱損耗型、熱溫差型和熱收稿日期:2002 - 01 - 28脈沖型。其中熱溫差型流量傳感器的應用則最為廣泛。在此類傳感器中由熱電堆(由熱電偶串聯而組成) 所構成的熱敏感元件則最為常見。此類傳感器以其易于集成、尺寸小、價格低和響應時間快等顯著優點而倍受青睞。近幾年來,在國外(主要有瑞士、荷蘭和美國等) 有一些科學家正致力于此方面的研究,其中對于基于薄膜結構的熱電型氣體流量傳感器(主要是利用CMOS MEMS[2 ]技術來制作) 的研究則最為活躍。另外也有一些國外的科學家正致力于此類傳感器的計算機模擬和分析[3 ,4 ] ,但是由于模型建立的復雜性以及計算上的難度,從而使此類傳感器的模擬分析成為制約其進一步發展的一個障礙。