流量传感器的应用领域有哪些?

方向和流体流速传感器对于不同的工业，医疗和环境应用至关重要。流量传感器可在诸如密度测量，粘度测量，流型确定和壁切应力确定等应用中量化气体和液体流动的方向和速率。除了流量参数对方向，温度，速度和速率等感应范围的重要要求外，要检测的各种目标液体或气体的特性也构成了设计精确，低功耗和廉价传感器的障碍。

MEMS流量传感器

近年来，微机电系统（MEMS）技术为生产不同用途的流量传感器提供了广阔的机会。MEMS是在对硅和锗压阻能力进行研究之后于1960年代首次提出的。早些年，MEMS流量传感器是使用聚合物和硅组件以及不同的传感器组件和构造方法制造的。热，基于阻力和基于扭矩的流量传感可能是最流行的传感技术。

在本文中，将对迄今为止已建成的各种纳米/微米级MEMS流量传感器进行全面概述。根据其传感理论，这三大类是MEMS压阻，热和压电流量传感器。

压阻流量传感器

当受到外部应变或应力影响时，显示出电阻率变化的元素被称为压阻材料。由于施加的应变，材料的内部晶格和原子位置发生了变化，因此其电阻率也发生了变化。制造商广泛使用压阻材料来开发MEMS流量传感器。由于它们在施加应力时能够改变阻力，因此它们在流量感测中获得了关注。当用于MEMS流量传感器时，电阻变化会映射到电压信号，该电压信号会随着流速的变化而波动。

MEMS热流传感器

使用热传递强度来测量流速的流量传感器被称为热流量传感器。这种现象可确保在输出信号漂移较小的情况下获得更高的精度和灵敏度。此外，这种传感器的好处在于，它们无需物理移动任何微型零件即可工作。MEMS热流传感器通常由两个主要组件组成：传感和加热元件。工作流与加热器之间的传热差由感应元件感应，因此，系统的灵敏度会随着多余的热能传递到工作流体而增加。

影响标准基于温度的流量传感器精度的主要限制因素之一往往是正确保留传感组件的温度。无法计算低流速是与MEMS热流传感器有关的另一个问题。常规热膜传感器和热线传感器中的传感组件具有较大的比热容，这使得很难跟踪低对流传热，从而导致低频或不良的频率响应。

根据各种热管理方法和不同的评估方法，可以识别出三种MEMS热流传感器。H型传感器是第一类。这些是热膜传感器和热线传感器，它们通过在稳定温度下调节热功率或在稳定热量下调节温度来计算流量。它们之间的区别归因于它们的结构：热膜传感器中的线电阻器放置在通量旁的膜片上，而电阻器则独立于底层，位于H型热线传感器中。第二种类型的C型传感器是量热传感器，它通过测量加热器上的热量分布变化来测量流量。

MEMS压电流量传感器

某些人造和天然介电材料具有压电特性，这使得它们在施加机械负载时能够产生电荷。这也称为直接压电效应。另一方面，如果这些材料暴露于外部电场，则会影响尺寸或几何形状的变化。该效应称为逆压电效应。在聚偏二氟乙烯（PVDF）等聚合物和包括钛酸钡（BaTiO 3）或锆钛酸铅（PZT）。MEMS压电流量传感器是自动的，因此不需要外部电源即可实现传感器输出信号。此外，它们主要由聚偏二氟乙烯（PVDF）和锆钛酸铅（PZT）材料组成。

应用领域

MEMS流量传感器具有多种用途，例如感测环境流量，工业气体流量监控，生物医学应用中的流量感测和海洋流体动力感测。MEMS流量传感器的紧凑尺寸，高灵敏度，低价格和批量生产功能使其在商业和工业应用中极具吸引力。此外，一些MEMS软聚合物传感器具有生物相容性，为临床和生物医学应用的销售打开了大门。

MEMS流量传感器在呼吸机，雾化器，氧气系统和睡眠呼吸暂停诊断仪器等领域对治疗性呼吸流量传感任务的需求日益增长。具有集成MEMS流量传感器的可穿戴式呼吸监测器能够跟踪流量和流速。它们普遍用于监视运动员的表现和恢复情况。此外，在静脉输注中的流速跟踪中，MEMS传感器将在实现有效分配药物以进行重力注射以及防止可能因输液泵缺陷而引起的意外误用药物方面发挥关键作用。
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