專利名稱：一種柴油流量測量傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及流量傳感器，具體涉及一種柴油流量測量傳感器。
背景技術：
隨著信息技術的高速發(fā)展，流量傳感器及其系統(tǒng)在發(fā)電機組的應用比例越來越大，流量測量方法和儀表的種類繁多，分類方法也很多，至今為止，可供工業(yè)用的流量儀表種類達60種之多，品種如此之多的原因就在于至今還沒找到一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量儀 表，尤其對于柴油發(fā)電機組的柴油流量的測量，國內(nèi)外至今沒有一個很好的測量儀器。如現(xiàn)有的電磁流量傳感器，它具有傳導性的流體在流經(jīng)電磁場時，通過測量電壓可得到流體的速度。但不能測量電導率很低的液體，如石油制品；不能用于較高溫度。柴油發(fā)電機組工作環(huán)境差，溫度高、電磁干擾強，對流量傳感器要求特別嚴格，在柴油流量傳感器的研發(fā)過程中，不僅要選用性能優(yōu)異的芯片材料和元器件，還要設計出抗震性好、耐高溫、耐腐蝕，而且還要在電路設計中采用集成化和抗電磁干擾措施，以提高流量傳感器工作的可靠性和對不同環(huán)境的適應性。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種柴油流量測量傳感器，能夠測柴油流動時液體從芯片表面帶走的熱量，感應出在芯片表面的微小空間里的熱場分布變化，并且直接轉(zhuǎn)換為毫伏級電壓輸出信號，本發(fā)明無機械運動部件，具有絕緣強度高、耐腐蝕性好、外圍電路簡單，可靠性高、抗電磁干擾能力強的特點。為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的一種柴油流量測量傳感器，包括陶瓷底板11，陶瓷底板11的中部設置有單晶硅襯底15，單晶硅襯底15通過膠粘劑依次粘接有參考電阻12、上游熱電偶13A、加熱元14和下游熱電偶13B形成傳感器芯片，傳感器芯片通過金絲16與焊盤17相連接，焊盤17與集成電路18相連接。所述的單晶硅襯底15經(jīng)過各向異性腐蝕，形成一個單晶硅的熱隔離薄膜，并經(jīng)過氮化處理，且其上鍍有絕緣薄膜。所述的膠粘劑采用中藍辰光生產(chǎn)的DG-3S膠粘劑。所述的集成電路18采用ZMD31010芯片。本發(fā)明采用耐腐蝕、抗老化塑料為磨具，采用專用粘合劑，使檢測芯片牢靠、穩(wěn)定的固定在磨具中，具有很好的密封性和抗老化性。滿足了柴油發(fā)電機組工作時產(chǎn)生的劇烈震動，避免了管道接口由于長期工作產(chǎn)生滲油、漏油，本產(chǎn)品無機械運動部件、結構簡單、安裝方便、可靠性高、便于批量生產(chǎn)等優(yōu)點，符合柴油發(fā)電機或發(fā)動機的油耗計量。


圖I為本發(fā)明的結構示意圖。圖2是傳感器芯片的切面圖。圖3是傳感器無流量時等溫線示意圖。圖4是傳感器有由左至右的流量時等溫線示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的結構原理和工作原理作詳細敘述。參照圖1，圖2 —種柴油流量測量傳感器，包括陶瓷底板11，陶瓷底板11的中部設 置有單晶硅襯底15，單晶硅襯底15通過膠粘劑依次粘接有參考電阻12、上游熱電偶13A、加熱元14和下游熱電偶13B形成傳感器芯片，傳感器芯片通過金絲16與焊盤17相連接，焊盤17與集成電路18相連接。所述的單晶硅襯底15經(jīng)過各向異性腐蝕，形成一個單晶硅的熱隔離薄膜，并經(jīng)過氮化處理，且其上鍍有絕緣薄膜。所述的膠粘劑采用中藍辰光生產(chǎn)的DG-3S膠粘劑。所述的集成電路18采用ZMD31010芯片，是進口可編程數(shù)字集成芯片，具有高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性等優(yōu)點。它能方便對輸出的電壓差信號進行放大處理。通過計算機進行調(diào)試，簡單方便。當給柴油流量傳感器，配一臺二次顯示儀表，即可直觀明了的觀測流量體積。本發(fā)明的工作原理為加熱元14對上游熱電偶13A和下游熱電偶13B的熱結加熱。兩個熱電偶熱結冷結之間的溫度梯度導致輸出電壓，即本征賽貝克效應，指由于兩種不同電導體或半導體的溫度差異而引起兩種物質(zhì)間的電壓差的熱電現(xiàn)象。當管道內(nèi)柴油靜止時，等溫線沿垂直加熱元14中部的直線對稱分布，加熱元14兩側(cè)對稱位置的溫度是相同的，參照圖3，即上游熱電偶13A和下游熱電偶13B輸出電壓基本相等，則兩個熱電偶輸出電壓差值接近零毫伏；當管道柴油從左向右流動時，等溫線向右側(cè)傾斜。加熱元14兩側(cè)對稱位置的溫度不再相同，請參照圖3，即上游熱電偶13A和下游熱電偶13B輸出電壓不在相等，則兩個熱電偶輸出電壓就會存在一個差值。上游熱電偶13A和下游熱電偶13B的溫差越大，兩個熱電偶輸出電壓差也就越大，即輸出信號越大。此外，芯片上還有一個參考電阻12，提供環(huán)境溫度參數(shù)，為溫度補償電路提供參數(shù)。本發(fā)明的柴油流量傳感器和傳統(tǒng)的柴油流量傳感器接線方式完全一致，避免了同類產(chǎn)品的接線復雜化，并可直接與二次顯示儀器、流量控制報警裝置連接，指示柴油發(fā)電機、發(fā)動機供油管道流量大小以及提供管道流量報警。與傳統(tǒng)的柴油流量傳感器相比，本項目的柴油流量傳感器無機械運動部件，絕緣強度高、耐腐蝕性好、外圍電路簡單，可靠性高、抗電磁干擾能力強等優(yōu)點。本發(fā)明具有獨特的隔熱設計方案，如圖2所示，單晶硅襯底15經(jīng)過各向異性腐蝕，形成一個單晶硅的熱隔離的薄膜。經(jīng)過氮化處理，增加單晶硅的內(nèi)應力和降低單晶硅的熱導率。然后，再鍍一層絕緣薄膜，將參考電組，熱偶堆，加熱元固定在其上面，這樣就組成了傳感器的芯片。本產(chǎn)品采用中藍辰光生產(chǎn)的DG-3S膠粘劑，這種膠黏劑曾獲得國際日內(nèi)瓦金獎，具有很好的異種材料粘接度，保證芯片與陶瓷底板11的牢靠性和殼體的密封性。
本發(fā)明自主設計了數(shù)字化厚膜溫度補償電路，如圖4，當測試環(huán)境溫度升高時，參考電阻12上的電壓也會更著升高，通過溫度放大器后，輸出一個基準電壓，之后疊加到電偶堆13A的輸出信號上，再通過集成電路18的前置可編程放大器放大，然后，通過集成電路18A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理芯片對信號進補償。最后，進過D/A轉(zhuǎn)換，輸出模擬電壓信號。本發(fā)明整個電路的電阻選用低溫漂(25ppm)厚膜電阻，省去了焊接造成的虛焊干擾，通過激光器對電阻進行阻值精確定位，解決了電阻阻值在生產(chǎn)過程中的不一致問題，保證了傳感器輸出的高精度。選用激光器型號JT-KW50。當被測柴油靜止在管道內(nèi)時，兩個對稱分布的熱電偶之間，由于中間加熱元的均勻加熱，形成一個以加熱元為對稱軸的溫度差，即一個穩(wěn)定的溫度梯度，根據(jù)本征賽貝克效應。熱偶堆熱結和冷結之間的溫度梯度導致輸出微弱的毫伏電壓信號，也就是一個穩(wěn)定的毫伏電壓信號輸出，當被測柴油在管道內(nèi)流動時，原有的穩(wěn)定狀態(tài)被打破，形成一個新的溫度差(即溫度梯度)。根據(jù)本征賽貝克效應，就會輸出一個對應此時流量的一個穩(wěn)定的毫伏電壓信號。柴油流量和輸出電壓信號成比例。通過后端智能放大電路，對輸出電壓信號進行歸一化處理，即可輸出標準工業(yè)電壓信號。再將此信號送入二次顯示儀器，即可直觀地監(jiān)測 管道內(nèi)柴油的瞬時流量。本產(chǎn)品試驗的柴油流量是，在柴油的流量大小為9L/h的情況下，熱電偶輸出的電壓信號大概為55mV。通過數(shù)字化電路校準，最后輸出5V，即量程范圍0-9L/h對應電壓0-5V輸出。
權利要求
1.一種柴油流量測量傳感器，其特征在于，包括陶瓷底板(11)，陶瓷底板(11)的中部設置有單晶硅襯底(15)，單晶硅襯底(15)通過膠粘劑依次粘接有參考電阻(12)、上游熱電偶(13A)、加熱元(14)和下游熱電偶(13B)形成傳感器芯片，傳感器芯片通過金絲(16)與焊盤(17)相連接，焊盤(17)與集成電路(18)相連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種柴油流量測量傳感器，其特征在于，所述的單晶硅襯底(15)經(jīng)過各向異性腐蝕，形成一個單晶硅的熱隔離薄膜，并經(jīng)過氮化處理，且其上鍍有絕緣薄膜。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種柴油流量測量傳感器，其特征在于，所述的膠粘劑采用中藍辰光生產(chǎn)的DG-3S膠粘劑。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種柴油流量測量傳感器，其特征在于，所述的集成電路(18)采用 ZMD31010 芯片。
全文摘要
一種柴油流量測量傳感器，陶瓷底板的中部設置有單晶硅襯底，單晶硅襯底通過膠粘劑依次粘接有參考電阻、上游熱電偶、加熱元和下游熱電偶形成傳感器芯片，傳感器芯片通過金絲與焊盤相連接，焊盤與集成電路相連接，加熱元對上游熱電偶和下游熱電偶的熱結加熱，當管道柴油從左向右流動時，加熱元兩側(cè)對稱位置的溫度不再相同，則兩個熱電偶輸出電壓就會存在一個差值，電壓差也就越大，本發(fā)明無機械運動部件，具有絕緣強度高、耐腐蝕性好、外圍電路簡單，可靠性高、抗電磁干擾能力強的特點。
文檔編號G01F1/56GK102620777SQ20121008708
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月29日 優(yōu)先權日2012年3月29日
發(fā)明者黃新華 申請人:寶雞恒通電子有限公司