利用MEMS提高醫療設備流量測量精度

流量傳感器是眾多醫療設備的關鍵器件，它被用來監視氣體輸出量以確保流量精確。目前可用的流量傳感技術主要包括壓差傳感、正排量傳感及葉輪傳感。與那些不包含集成的信號放大與溫度補償電路的測量元件，微機電系統(MEMS)大流量傳感器更容易集成(圖1)。雖然MEMS大流量傳感器具備許多優點，但由于其測量的流量比較大，所以價格一直偏高。


　　
降低成本、減少空間、減輕重量的一個方法是在旁路通道設置低流量傳感器來測量主通道上較大的流量。MEMS流量傳感器旁路通道設置類似于差壓傳感器(間接測量氣體流量，見圖2).。與壓差傳感器相比，MEMS傳感器在很低流量情況下依然可以提供更高的分辨率。圖3描述了普通大流量傳感器與壓差傳感器之間的區別。在流量接近于零的情況下，壓差曲線變緩，難于判別該位置的流量究竟為零還是為負。





最簡單的旁路通道設置包括插入到主通道的兩個端口，主通道和端口之間有限流管。該限流管使液體流向阻力最小的通道，進入分流管并通過流量傳感器。因此，傳感器兩端的壓差數值將大于或等于兩個分流端口的壓差(圖4)。在設計分流裝置時，需要考慮流速、主通道到傳感器的距離、主通道與旁路通道的內徑、限流管的限制流量與形狀(圖5)等問題。限流裝置不僅可以在通道內產生壓差，而且可以使通道內形成層流。



圖4：主通道上的限流裝置使液體流向阻力最小旁路通道并通過MEMS流量傳感器。