基于双层环形电容阵列的高灵敏度柔性铰链微流量传感器的研究

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随着近年来科技的日益发展与进步,对流量检测的需要越来越迫切,微流量传感器作为使用MEMS技术的新兴传感器领域,相较于传统的流量检测设备在许多方面更具优势。本文利用柔性铰链结构提出了一款新型的高灵敏度二维电容式微流量传感器,希望能在微流量传感器的开发与应用领域提出一种可行的新思路。本论文设计并计算了一种新型的基于柔性铰链的非热微流量传感器,该流量传感器采用椭圆型切口的柔性铰链连接流量传感杆,流量传感杆作为传感元件,可以在被测流体的作用下倾斜,柔性铰链的设计可以使其灵敏度提高。在流量传感杆的周围安装双层环形电容阵列来同时测量流体流向的变化。随后针对流量传感器的物理模型推导其理论公式,从理论上分别推导了主要元件流量传感杆的偏转角公式和环形电容的输出公式。利用COMSOL软件建立了仿真计算模型并模拟其工作环境来分析结构的可行性,得到了流量与微流量传感器的相关参数。通过对比理论公式和仿真计算的输出结果,分析误差产生的可能原因并针对原因提出了改进建议。本次设计的微流量传感器可检测0~1m/s的空气流速,灵敏度为1.53665×10~-99 uf/uN,同时可以检测360度的气体流向。该传感器具有灵敏度高、动态响应能力强、温度零点漂移小等优点,可应用于天然气泄漏点排查等耦合物理领域。
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