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MEMS流速传感器(电子皮托管)

2025-03-07 14:52:02
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飞机空速、风机吹风、管道流动等测量中,传统方式经常采用皮托管引压至差压传感器,测量流动总压与静压之差,从而换算出流速;MEMS流速传感器则直接将压力敏感芯片内置于皮托管结构,实现无管腔(无引压管腔)测压,响应无延迟、无衰减,以更好地保留试验的动态性能数据!


01

MEMS流速传感器简介


基于MEMS技术的压阻式压力传感器芯片,尺寸小(<2mm)、固有频率高(>100kHz);

采用芯片背面承压的工艺,介质无需接触敏感电路,具备更好的介质兼容性,气体、液体均可测量;

封装外壳的轴向端面、径向圆周面分别内置MEMS芯片,测量时,轴向端面正对来流;


探头直径较小,且尾端采用流线型设计,最大限度减小扰流。

探头实物及尺寸图如下:

电气线缆由垂直方向引出,可用于延长支撑立杆(方便固定)及增加信号调理放大(增强信号抗干扰、方便采集),如下图:

若用于管道流速测量,可设计为法兰连接,方便直接与被测流道合为一体。如下图:


02

技术参数选型

实验选型时需要明确被测总压及静压的峰值,选取被测压力的1.5倍量程即可(需考虑瞬态压力峰值,以免瞬间过载导致芯片破裂)。关键参数如下:

总压量程:2kPa~3000kPa(按需定制);

静压量程:2kPa~3000kPa(按需定制);

测量精度:0.5%FS;

激励电压:24VDC;

输出信号:0.1~5V;

放大器带宽:20kHz;

探头外径尺寸:8mm或10mm(与量程相关)。

03

应用局限

皮托管测量流速的理论基础为伯努利方程:P+1/2ρv2+ρgh=C;即在水平流动不考虑高度变化情况下,静压与动压之和为恒定值。当流速接近声速时,流体压缩效应会导致误差变大,因此常用于0.3马赫以下的流速测量,不适用于高速流动工况。

MEMS流速传感器设计最高流速为40m/s;

考虑微小压力芯片的稳定性问题,最小压力量程可选2kPa。

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