動特性を補償したマイクロフルードセンサの開発

具有补偿动态特性的微流体传感器的开发

• 批准号: 15760295
• 负责人: 舩木 達也
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760295/
• 关键词: 流量計測; 熱式流量センサ; MEMS; 非定常流量計測; 動特性; 定温度駆動方式

近年,省エネルギ化や環境対策,最新の燃料電池技術などにおいて気体の非定常流量計測は非常に重要となっている.特に応答性能のよい小型流量計はその要求が非常に高い.本研究では,この性能を実現可能な微細熱式流量計の中でも定温度駆動方式を採用し,平成15年度において,非常にシンプルな構造で小型のマイクロフルードセンサを製作した.また,実流量測定から数Hzの振動流に対して応答可能であることを確認したが,10Hz以上の動特性を有するセンサではなく,平成16年度の継続課題となった.本年度は,はじめにセンサの応答評価からゲイン不足や位相遅れが確認されたことを踏まえ,センサ配置と整流機構の関係が非常に重要であることがわかった.そこで,センサ取付け位置を上流側へ移動し,流速分布の発達による影響を受けない位置に改めた.その結果,10Hzまでの振動流をほぼ問題なく測定可能であることを確認した.次に,さらなる高速応答性能の実現にはセンサパターンの改良が重要と考えられる.そこで,センサの省電力化実現と合わせ,流体温度補償部の抵抗線を長く,加熱ヒータ部は抵抗線を短くするようパターンを改めた.その結果,出力信号においてノイズの小さい,より安定したセンサを実現できた.これらの成果を踏まえ,非常に微小な流量計測,具体的には漏れ流量計測への応用を検討した.実験では流速変化の下限値を検証し,約1cm/sの流速変化を測定可能であることを確認した.その結果,流路径にもよるが数cc/minの微小な漏れ流量計測への転用の可能性を確認した.最後に,さらなる小型化やセンサの省電力化の実現が,燃料電池などのこれからの基盤技術において重要であることを踏まえ,上述の応答性能を有しながらセンサの消費電力を約半分にしたセンサチップの開発を行った.その結果,省電力を実現しながら,動特性を補償したマイクロフルードセンサの開発を実現できた.

近年来，非稳态气体流量测量对于节能、环保措施和最新燃料电池技术变得非常重要。特别是对具有良好响应性能的小型流量计的需求很高。在本研究中，一种精细的热法可以达到这样的性能我们在流量计中采用了恒温驱动方法，并于2003年制造了一种结构非常简单的小型微流体传感器。我从实际流量测量中证实，它也能够响应几赫兹的振荡流量，10。这是 2004 财年一直存在的问题，因为它不是具有 Hz 或更高动态特性的传感器。今年，我们首先根据增益不足和相位滞后的事实，研究了传感器放置和校正机制之间的关系。确认在传感器响应评估中非常重要。因此，我们将传感器安装位置移至上游侧，使其不受流速分布发展的影响。结果，我们确认可以毫无问题地测量高达 10Hz 的振荡流。接下来，我们开发了一种更快的响应方法。改善传感器模式被认为对于实现响应性能很重要，因此，除了实现传感器的省电之外，还改变了模式以加长流体温度补偿器部分的电阻线和加热器部分的电阻线。结果，输出信号更短。基于这些结果，我们考虑将其应用于极小流量测量，特别是泄漏流量测量。在实验中，我们验证了流速变化的下限，可以测量大约1 cm/s的流速变化。结果，我们确认它可以用于测量小至几个 cc/min 的泄漏流量，具体取决于流路直径。最后，我们确认它可以用于测量小至几个 cc 的泄漏流量/min，取决于流路直径，这将在未来的基础技术（例如燃料电池）中实现。基于这一认识，我们开发了一种传感器芯片，该芯片具有上述响应性能，同时将传感器的功耗减半。因此，我们开发了一种微流体，可以在实现节能的同时补偿动态特性。开发传感器。

项目成果

Instantaneous Flow Measurement Using Thermal Type Micro Machined Flow Sensor

使用热式微机械流量传感器测量瞬时流量

• 发表时间: 2005
• 作者: Koichi Igarashi; Tatsuya Funaki; Kenji Kawashima; Toshiharu Kagawa
• 通讯作者: Toshiharu Kagawa

定温度型微細熱式流量計のセンサ構造の特性への影響

传感器结构对恒温微热流量计特性的影响

• 发表时间: 2004
• 作者: 五十嵐康一; 舩木達也; 川嶋健嗣; 香川利春
• 通讯作者: 香川利春