柔性熱膜質(zhì)量流量傳感器的制備與性能研究.pdf

1、航空飛行器表面氣體流量的測(cè)量對(duì)部件本身的工作性能和使用壽命具有重大影響。它不僅提供了近壁流場(chǎng)的清晰診斷，顯示層流或湍流特征，而且還與主動(dòng)控制阻力直接相關(guān)。航空工業(yè)（例如飛行器機(jī)翼、航空發(fā)動(dòng)機(jī)）對(duì)于流量傳感器性能（尤其是器件的靈敏度，穩(wěn)定性，測(cè)量范圍等）具有非常高的要求。傳統(tǒng)的測(cè)量方法存在干擾流場(chǎng)，測(cè)試精度低和響應(yīng)速度慢等缺點(diǎn)，而柔性熱膜質(zhì)量流量傳感器具有體積小、響應(yīng)速度快，對(duì)流場(chǎng)無(wú)干擾等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)氣體流量測(cè)量具有明顯的優(yōu)勢(shì)。本文針對(duì)飛機(jī)機(jī)

2、翼表面流量測(cè)量的需求，設(shè)計(jì)了一種柔性熱膜質(zhì)量流量傳感器，開展了對(duì)熱敏Ni薄膜制備工藝及電阻溫度系數(shù)的研究，重點(diǎn)對(duì)柔性熱膜質(zhì)量流量傳感器的靈敏度及標(biāo)定進(jìn)行探究。
　　首先，利用ANSYS流體仿真軟件對(duì)傳感器模型尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)：包括襯底厚度、熱敏薄膜之間的間距尺寸。并對(duì)熱敏電阻的大小、傳感器排列方式和導(dǎo)線分布加以設(shè)計(jì)，結(jié)果表明：當(dāng)熱膜的間距一定，基底厚度越小、熱量損失越小，測(cè)量結(jié)果越準(zhǔn)確，故設(shè)定基底厚度為0.05mm；當(dāng)氣流速度一定時(shí)，

3、隨著相鄰熱敏電阻間距的增大，擴(kuò)散的熱量對(duì)彼此干擾越來(lái)越小，故設(shè)定熱敏電阻的間距為2mm；當(dāng)柔性熱膜質(zhì)量流量傳感器的基底厚度和間距一定時(shí)，隨著流速的增加，相鄰熱敏電阻的熱量擴(kuò)散相互干擾越小，更加有益于改善傳感器的靈敏度。將電阻溫度系數(shù)比較高的金屬 Ni作為熱敏材料，絕熱系數(shù)非常大的有機(jī)物聚酰亞胺（PI）作為基底，采用硬質(zhì)掩膜版技術(shù)與微機(jī)電加工工藝技術(shù)結(jié)合的方法，制備出柔性熱膜質(zhì)量流量傳感器。并對(duì)傳感器制備工藝進(jìn)行探究，在濺射功率為120W

4、，氬氣壓強(qiáng)在0.6Pa，厚度為1μm時(shí)，測(cè)得比較高的電阻溫度系數(shù)，其TCR值為4.41×10-3/℃。
　　其次，采用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)對(duì)柔性熱膜質(zhì)量流量傳感器在不同氣流速度下進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果表明：隨著氣流速度的增大，熱敏電阻輸出電壓越大；當(dāng)風(fēng)速達(dá)到30m/s以上時(shí),氣流從層流狀態(tài)向湍流過渡。在0～30m/s的氣流速度下，對(duì)柔性熱膜質(zhì)量流量傳感器進(jìn)行標(biāo)定，結(jié)果表明：氣流速度與輸出電壓具有較好的線性度，柔性熱膜質(zhì)量流量傳感器靈敏度較高，其靈敏度