微机电系统热式流量传感器计量原理的数值研究
段所行,董胜龙,李国国,张金龙,陶仁义
新奥科技发展有限公司 煤基低碳能源国家重点实验室, 河北 廊坊 065001
Numerical Study of the Metering Principle for Thermal Flow Sensor Based on Micro Electro Mechanical System
DUAN Suo-hang,DONG Sheng-long,LI Guo-guo,ZHANG Jin-long,TAO Ren-yi
State Key Laboratory of Coal-based Low Carbon Energy, ENN Group, Langfang, Hebei 065001, China
摘要 采用计算流体力学仿真手段,根据MEMS热式流量传感器的计量原理进行机理建模,对不同流速下微机电系统传感器表面的温度场分布进行数值模拟与分析,考察了传感器温差输出信号与标准流速之间的关系,所得结论与理论相符。同时,通过与实验数据比较,验证了仿真模型的正确性。此外,通过分析热式流量传感器在不同温度和压力下的热场特性,发现其存在一定的温度和压力效应。当工作温度、压力波动较大或严重偏离标定状态时将带来较大的测量误差。
关键词 ：
计量学 ,
热式流量传感器 ,
微机电系统 ,
热场特性 ,
计算流体力学
Abstract ：By means of computational fluid dynamics method, a mechanism model was established based on the metering principle of micro electro mechanical system thermal flow sensor. The temperature field distribution on the surface of the micro electro mechanical system sensor with different flow rate were numerical simulated and analyzed basing on above model. The relationship between signal output of sensor and the standard flow rates was investigated and the obtained conclusions were consistent with theory. Meanwhile, by comparison with the experimental data, the correctness of the established model was verified. In addition, by analyzing the thermal characterization of thermal flow sensor with different temperature and pressure, a certain temperature and pressure effects were discovered. In case of working temperature, pressure fluctuating strong or severe deviation from the calibration state, it will bring great measurement error.
Key words ：
metrology
thermal flow sensor
micro electro mechanical system
thermal characterization
computational fluid dynamics
收稿日期: 2015-01-22
发布日期: 2016-10-14
基金资助: 国家国际科技合作专项(2011DFB61500); 国家“973”计划(2014CB249203);国家“863”计划(2012AA040605); 河北省省级科技支撑计划项目(12213501Z)
通讯作者:
段所行
E-mail: duansuohang@enn.cn
作者简介 : 段所行(1984-),男,山东乐陵人,新奥科技发展有限公司工程师,硕士,主要从事MEMS计量技术研究。duansuohang@enn.cn
引用本文:
段所行,董胜龙,李国国,张金龙,陶仁义. 微机电系统热式流量传感器计量原理的数值研究[J]. 计量学报, 2016, 37(6): 623-627.
链接本文:
http://jlxb.china-csm.org:81/Jwk_jlxb/CN/10.3969/j.issn.1000-1158.2016.06.16 或 http://jlxb.china-csm.org:81/Jwk_jlxb/CN/Y2016/V37/I6/623
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