流量传感器的原理及构造

流量传感器是检测气体流量及流速的传感器。流量传感器一般有旋桨式、浮子式、超声波式、热线式等。欧姆龙的流量传感器采用 MEMS 热线式，与其他类型相比具有相对优异的特性。

各种流量传感器的方式及其特点

一、流量传感器的构造

欧姆龙的流量传感器为气体专用，可测量各种气体的质量流量。流量传感器的基本构成由测量流量的 MEMS 流量传感器芯片、放大其输出的放大电路、以及根据使用用途经CAE(computer-aided engineering)优化的流路结构构成。由于气流是矢量流，因此这三个构成要素的优化设计非常重要。

流量传感器内部结构例

欧姆龙的 MEMS 流量传感器有以下 3 大类。它们分别是输出流量的质量流量传感器、输出流速的风量传感器、检测细微差压的差压传感器。

流量传感器的形状及尺寸因被测气体的种类、流量、接头形状而异。

MEMS 流量传感器芯片的基本结构如图 3 所示。这种传感器芯片采用使用热线的质量流量检测方式。其芯片中央具有加热器，上游侧的热电堆 (A)及下游侧热电堆 (B)配置在加热器的两侧，热电堆附近配置有基座测温体，它们均是采用半导体工艺制造的。加热器和热电堆列组的底部形成空腔，使得热电堆可高效检测加热器的热量。

流量传感器芯片结构

二、质量流量传感器的检测原理

如图 4 所示，恒定电流流向芯片中央的加热器，产生热量。无风时，加热器周围的热分布是对称的，因此 Vu 和 Vd 两个热电堆的电动势相等。

另一方面，传感器表面有气体流动时，热源随着气流偏向下游侧，下游热电堆的电动势变大，Vd＞Vu。两个热电堆的输出差大致与通过传感器表面的气体质量流量的平方根成正比。输出灵敏度和质量流量取决于气体的组成比。可以通过放大电路进行放大，以电子方式检测气体流量。风量传感器经调整后输出的电压与质量流量为 25°C、101.3kPa 时的流速相当。