第45卷第1期2024年1月仪器仪表学报ChineseJournalofScientificInstrumentVol.45No.1Jan.2024DOI:10.19650/j.cnki.cjsi.J2312043收稿日期:2023-10-20ReceivedDate:2023-10-20∗基金项目:国家自然科学基金(62373270,52276159)项目资助基于MEMS的量热式传感器气体流量测量的模型研究∗孙宏军,徐浩文,丁红兵,刘雨航(天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072)摘要:气体流量测量广泛应用于呼吸监测、管道运输等领域。本研究细致分析了MEMS量热式传感器温度一维分布模型中的热边界层参数,进行了相应的经验修正。并且在温度一维分布模型的基础上,针对具有两对上下游测温电阻芯片结构的MEMS量热式传感器,提出了一种新的传感器输出电压关于气体流量的半修正理论模型。该理论模型能够适用于不同类型的单介质气体。同时,开展了N2、CO2流量测量实验,与理论模型进行对比,证明所提出的理论模型可以正确预测不同气体介质的流量,其中针对CO2测量介质的均方根误差为0.15%。此外,结合理论分析,提出了一种高精度,拟合形式简单、针对确定气体适用性更好的测量模型,其中针对CO2测量介质的均方根误差为0.05%。关键词:MEMS;量热式流量传感器;温度1D分布模型;热边界层;气体流量测量中图分类号:TH814文献标识码:A国家标准学科分类代码:410.55ModellingofgasflowmeasurementbasedonMEMScalorimetricsensorsSunHongjun,XuHaowen,DingHongbing,LiuYuhang(SchoolofElectricalandInformationEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)Abstract:Gasflowmeasurementiswidelyusedinrespiratorymonitoring,pipelinetransport,andotherfields.Inthisstudy,thethermalboundarylayerparametersintheone-dimensionaltemperaturedistributionmodelofMEMScalorimetricsensorsarecarefullyanalyzed,andthecorrespondingempiricalcorrectionsaremade.Onthebasisoftheone-dimensionaltemperaturedistributionmodel,anewsemi-correctedtheoreticalmodelofthesensorvoltageoutputwithrespecttothegasflowrateisproposedforMEMScalorimetricsensorswithtwopairsofupstreamanddownstreamtemperaturemeasuringresistorchipstructures.Thetheoreticalmodelcanbeappliedtodifferenttypesofsingle-mediumgases.Meanwhile,N2andCO2flowmeasurementexperimentsareimplementedtocomparewiththetheoreticalmodel,whichshowsthattheproposedtheoreticalmodelcanaccuratelypredicttheflowofdiffe...
