[发明专利]基于热反馈的微型流量传感器、气流测量系统及测量方法

说明书

本发明涉及一种基于热反馈的微型流量传感器、气流测量系统及测量方法，其中，基于热反馈的微型流量传感器包括：传感单元、加热单元、运算放大器、电压输出端及稳压电源。本发明的基于热反馈的微型流量传感器采用简单的电路设计结构，可基于热反馈机制对气流速度进行精确测量，相比现有技术中的微型流量传感器，可大幅缩短响应时间，且对气流的测量基于热反馈机制，具有测量范围较宽的特点，尤其是对于大流速的气流具有更高的测量灵敏度。解决了传统的微型流量传感器所存在的测量灵敏度较小、测量范围较窄且响应时间较长的问题。

技术领域

本发明涉及气流传感器的技术领域，尤其涉及一种基于热反馈的微型流量传感器、气流测量系统及测量方法。

背景技术

微型热流量传感器作为一种无可移动部件且具有良好的CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)兼容性的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微电子机械系统)器件，量热式微型流量传感器为一种基于热对流的测量装置，其由微型加热器和温度传感器组成，可用于对微型流量传感器周围因气流而导致的温度变化进行检测，并基于温度变化进一步测量得到气流速度及气流方向，对于流速较小的气流，具有测量精度及测量灵敏度较高的特点，近年来越来越多地作为电子元器件应用于电器设备中。

量热式微型流量传感器通常采用两种工作模式，一种是以恒定电流或恒定电压驱动微型加热器进行加热，随着气流速度增大，微型加热器温度随之降低，通过温度传感器检测微型加热器的温度变化以获取气流速度；另一种是采用电反馈机制，通过调节微型加热器的加热功率以使微型加热器保持在恒温或恒温差的状态，加热功率随气流速度增大而增大。但量热式微型流量传感器的大流量测量灵敏度较小、测量范围较窄且动态响应时间较长。

基于热反馈机制的微型流量传感器可通过调节微型流量传感器的加热功率，消除由气流而导致的温度梯度(温度差)，以此测量得到气流速度，相比传统技术方法中的量热式微型流量传感器可显著提升测量范围与大流量下的器件灵敏度。然而现有技术中的基于热反馈机制的微型流量传感器均包含复杂的热功率控制与调配电路，导致闭环负反馈系统下的信号输出出现显著延迟，因此其响应时间较长，且CMOS兼容性较低。

因而，现有技术方法中的微型流量传感器存在测量灵敏度较小、测量范围较窄且响应时间较长的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种基于热反馈的微型流量传感器、气流测量系统及测量方法，旨在解决现有技术中的微型流量传感器所存在的测量灵敏度较小、测量范围较窄且响应时间较长的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种基于热反馈的微型流量传感器，其中，包括：传感单元、加热单元、运算放大器、电压输出端及稳压电源；

所述稳压电源分别连接所述传感单元的输入电压端、所述加热单元的输入电压端及所述运算放大器的输入电压端，以输出标准稳压电压至所述传感单元、所述加热单元及所述运算放大器；

所述运算放大器的信号同向输入端连接所述传感单元的第一电压检测节点，其信号反向输入端连接所述传感单元的第二电压检测节点，其放大器输出端连接所述加热单元的电压输入节点及所述电压输出端；

所述运算放大器，用于获取所述第一电压检测节点的第一电压值及所述第二电压检测节点的第二电压值，以调整所述放大器输出端的输出电压值；

所述传感单元，用于将随气流速度及气流方向而产生变化的所述第一电压值及所述第二电压值输出至所述运算放大器；

所述加热单元，用于接收所述输出电压值并根据所述输出电压值调整加热功率；

所述电压输出端，用于将所检测得到的输出电压值作为所述微型流量传感器的测量电压进行输出。