专利名称：一种柴油流量测量传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及流量传感器，具体涉及一种柴油流量测量传感器。
背景技术：
随着信息技术的高速发展，流量传感器及其系统在发电机组的应用比例越来越大，流量测量方法和仪表的种类繁多，分类方法也很多，至今为止，可供工业用的流量仪表种类达60种之多，品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪 表，尤其对于柴油发电机组的柴油流量的测量，国内外至今没有一个很好的测量仪器。如现有的电磁流量传感器，它具有传导性的流体在流经电磁场时，通过测量电压可得到流体的速度。但不能测量电导率很低的液体，如石油制品；不能用于较高温度。柴油发电机组工作环境差，温度高、电磁干扰强，对流量传感器要求特别严格，在柴油流量传感器的研发过程中，不仅要选用性能优异的芯片材料和元器件，还要设计出抗震性好、耐高温、耐腐蚀，而且还要在电路设计中采用集成化和抗电磁干扰措施，以提高流量传感器工作的可靠性和对不同环境的适应性。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种柴油流量测量传感器，能够测柴油流动时液体从芯片表面带走的热量，感应出在芯片表面的微小空间里的热场分布变化，并且直接转换为毫伏级电压输出信号，本发明无机械运动部件，具有绝缘强度高、耐腐蚀性好、外围电路简单，可靠性高、抗电磁干扰能力强的特点。为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种柴油流量测量传感器，包括陶瓷底板11，陶瓷底板11的中部设置有单晶硅衬底15，单晶硅衬底15通过胶粘剂依次粘接有参考电阻12、上游热电偶13A、加热元14和下游热电偶13B形成传感器芯片，传感器芯片通过金丝16与焊盘17相连接，焊盘17与集成电路18相连接。所述的单晶硅衬底15经过各向异性腐蚀，形成一个单晶硅的热隔离薄膜，并经过氮化处理，且其上镀有绝缘薄膜。所述的胶粘剂采用中蓝辰光生产的DG-3S胶粘剂。所述的集成电路18采用ZMD31010芯片。本发明采用耐腐蚀、抗老化塑料为磨具，采用专用粘合剂，使检测芯片牢靠、稳定的固定在磨具中，具有很好的密封性和抗老化性。满足了柴油发电机组工作时产生的剧烈震动，避免了管道接口由于长期工作产生渗油、漏油，本产品无机械运动部件、结构简单、安装方便、可靠性高、便于批量生产等优点，符合柴油发电机或发动机的油耗计量。
图I为本发明的结构示意图。图2是传感器芯片的切面图。图3是传感器无流量时等温线示意图。图4是传感器有由左至右的流量时等温线示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细叙述。参照图1，图2 —种柴油流量测量传感器，包括陶瓷底板11，陶瓷底板11的中部设 置有单晶硅衬底15，单晶硅衬底15通过胶粘剂依次粘接有参考电阻12、上游热电偶13A、加热元14和下游热电偶13B形成传感器芯片，传感器芯片通过金丝16与焊盘17相连接，焊盘17与集成电路18相连接。所述的单晶硅衬底15经过各向异性腐蚀，形成一个单晶硅的热隔离薄膜，并经过氮化处理，且其上镀有绝缘薄膜。所述的胶粘剂采用中蓝辰光生产的DG-3S胶粘剂。所述的集成电路18采用ZMD31010芯片，是进口可编程数字集成芯片，具有高精度、高稳定性、高可靠性等优点。它能方便对输出的电压差信号进行放大处理。通过计算机进行调试，简单方便。当给柴油流量传感器，配一台二次显示仪表，即可直观明了的观测流量体积。本发明的工作原理为加热元14对上游热电偶13A和下游热电偶13B的热结加热。两个热电偶热结冷结之间的温度梯度导致输出电压，即本征赛贝克效应，指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。当管道内柴油静止时，等温线沿垂直加热元14中部的直线对称分布，加热元14两侧对称位置的温度是相同的，参照图3，即上游热电偶13A和下游热电偶13B输出电压基本相等，则两个热电偶输出电压差值接近零毫伏；当管道柴油从左向右流动时，等温线向右侧倾斜。加热元14两侧对称位置的温度不再相同，请参照图3，即上游热电偶13A和下游热电偶13B输出电压不在相等，则两个热电偶输出电压就会存在一个差值。上游热电偶13A和下游热电偶13B的温差越大，两个热电偶输出电压差也就越大，即输出信号越大。此外，芯片上还有一个参考电阻12，提供环境温度参数，为温度补偿电路提供参数。本发明的柴油流量传感器和传统的柴油流量传感器接线方式完全一致，避免了同类产品的接线复杂化，并可直接与二次显示仪器、流量控制报警装置连接，指示柴油发电机、发动机供油管道流量大小以及提供管道流量报警。与传统的柴油流量传感器相比，本项目的柴油流量传感器无机械运动部件，绝缘强度高、耐腐蚀性好、外围电路简单，可靠性高、抗电磁干扰能力强等优点。本发明具有独特的隔热设计方案，如图2所示，单晶硅衬底15经过各向异性腐蚀，形成一个单晶硅的热隔离的薄膜。经过氮化处理，增加单晶硅的内应力和降低单晶硅的热导率。然后，再镀一层绝缘薄膜，将参考电组，热偶堆，加热元固定在其上面，这样就组成了传感器的芯片。本产品采用中蓝辰光生产的DG-3S胶粘剂，这种胶黏剂曾获得国际日内瓦金奖，具有很好的异种材料粘接度，保证芯片与陶瓷底板11的牢靠性和壳体的密封性。
本发明自主设计了数字化厚膜温度补偿电路，如图4，当测试环境温度升高时，参考电阻12上的电压也会更着升高，通过温度放大器后，输出一个基准电压，之后叠加到电偶堆13A的输出信号上，再通过集成电路18的前置可编程放大器放大，然后，通过集成电路18A/D转换，数据处理芯片对信号进补偿。最后，进过D/A转换，输出模拟电压信号。本发明整个电路的电阻选用低温漂(25ppm)厚膜电阻，省去了焊接造成的虚焊干扰，通过激光器对电阻进行阻值精确定位，解决了电阻阻值在生产过程中的不一致问题，保证了传感器输出的高精度。选用激光器型号JT-KW50。当被测柴油静止在管道内时，两个对称分布的热电偶之间，由于中间加热元的均匀加热，形成一个以加热元为对称轴的温度差，即一个稳定的温度梯度，根据本征赛贝克效应。热偶堆热结和冷结之间的温度梯度导致输出微弱的毫伏电压信号，也就是一个稳定的毫伏电压信号输出，当被测柴油在管道内流动时，原有的稳定状态被打破，形成一个新的温度差(即温度梯度)。根据本征赛贝克效应，就会输出一个对应此时流量的一个稳定的毫伏电压信号。柴油流量和输出电压信号成比例。通过后端智能放大电路，对输出电压信号进行归一化处理，即可输出标准工业电压信号。再将此信号送入二次显示仪器，即可直观地监测 管道内柴油的瞬时流量。本产品试验的柴油流量是，在柴油的流量大小为9L/h的情况下，热电偶输出的电压信号大概为55mV。通过数字化电路校准，最后输出5V，即量程范围0-9L/h对应电压0-5V输出。
权利要求
1.一种柴油流量测量传感器，其特征在于，包括陶瓷底板(11)，陶瓷底板(11)的中部设置有单晶硅衬底(15)，单晶硅衬底(15)通过胶粘剂依次粘接有参考电阻(12)、上游热电偶(13A)、加热元(14)和下游热电偶(13B)形成传感器芯片，传感器芯片通过金丝(16)与焊盘(17)相连接，焊盘(17)与集成电路(18)相连接。
2.根据权利要求I所述的一种柴油流量测量传感器，其特征在于，所述的单晶硅衬底(15)经过各向异性腐蚀，形成一个单晶硅的热隔离薄膜，并经过氮化处理，且其上镀有绝缘薄膜。
3.根据权利要求I所述的一种柴油流量测量传感器，其特征在于，所述的胶粘剂采用中蓝辰光生产的DG-3S胶粘剂。
4.根据权利要求I所述的一种柴油流量测量传感器，其特征在于，所述的集成电路(18)采用 ZMD31010 芯片。
全文摘要
一种柴油流量测量传感器，陶瓷底板的中部设置有单晶硅衬底，单晶硅衬底通过胶粘剂依次粘接有参考电阻、上游热电偶、加热元和下游热电偶形成传感器芯片，传感器芯片通过金丝与焊盘相连接，焊盘与集成电路相连接，加热元对上游热电偶和下游热电偶的热结加热，当管道柴油从左向右流动时，加热元两侧对称位置的温度不再相同，则两个热电偶输出电压就会存在一个差值，电压差也就越大，本发明无机械运动部件，具有绝缘强度高、耐腐蚀性好、外围电路简单，可靠性高、抗电磁干扰能力强的特点。
文档编号G01F1/56GK102620777SQ20121008708
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者黄新华 申请人:宝鸡恒通电子有限公司
专业数控铣床产品供应商
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