一種利用應(yīng)變片測(cè)量微通道氣體分布式壓力的裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種利用高靈敏度應(yīng)變片的微通道氣體分布式壓力的測(cè)量裝置，該裝置包括標(biāo)準(zhǔn)壓力源、注射泵、PMMA芯片、多通道應(yīng)變儀和計(jì)算機(jī)；PMMA芯片由上下兩層PMMA基板組成；下層PMMA基板上加工長(zhǎng)直流道，在長(zhǎng)直流道兩側(cè)加工若干大小相等、均勻分布且與長(zhǎng)直流道連通的方腔；在上層PMMA基板上與方腔對(duì)應(yīng)位置設(shè)置矩形孔，矩形孔上密封粘貼電阻應(yīng)變片；當(dāng)氣體流經(jīng)流道時(shí)，流速穩(wěn)定后會(huì)對(duì)應(yīng)變片產(chǎn)生壓力從而使應(yīng)變片產(chǎn)生相應(yīng)的微應(yīng)變，利用多通道應(yīng)變儀測(cè)量來(lái)自應(yīng)變片的應(yīng)變值。由于該測(cè)量裝置中應(yīng)變片和多通道應(yīng)變儀的靈敏度和精度都能達(dá)到很高，所以能夠準(zhǔn)確的測(cè)量出微通道中氣體壓力的數(shù)值和分布特點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種利用應(yīng)變片測(cè)量微通道氣體分布式壓力的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及應(yīng)變片的應(yīng)用以及微通道氣體壓力測(cè)量技術(shù)，具體為一種利用應(yīng)變片的微應(yīng)變技術(shù)來(lái)測(cè)量微通道氣體壓力分布的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微流體技術(shù)是指在微觀(guān)尺寸下控制、操作和檢測(cè)復(fù)雜流體的技術(shù)，是在微電子、微機(jī)械、微加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門(mén)全新交叉學(xué)科。而微通道中微流體壓力測(cè)量也是目前比較重要的研究方向，特別是對(duì)于微壓力的控制，如生物、醫(yī)學(xué)芯片、微機(jī)械電子、微小型航天器、以及生物體微循環(huán)系統(tǒng)的壓力測(cè)量等。
[0003]目前國(guó)內(nèi)外壓力測(cè)量已從單純的機(jī)械測(cè)量(如彈簧管式、膜片式、隔膜式壓力表)，發(fā)展到各種不同原理的壓力傳感器，如電阻應(yīng)變式、電容式、壓電式、擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器等。這些現(xiàn)有的大尺度測(cè)壓裝置比較成熟，但對(duì)于微通道或微尺度下的微壓測(cè)量裝置存在許多的困難。首先微流體壓力值微小不易探測(cè)，測(cè)壓元件的靈敏度、精度等要求遠(yuǎn)高于常規(guī)尺度或者大尺度的應(yīng)用領(lǐng)域。而且很多領(lǐng)域要涉及到高空間分辨率和時(shí)間分辨率的測(cè)量:比如多相流或芯片實(shí)驗(yàn)室中的樣品流動(dòng)的壓力測(cè)量，都是非定常(針對(duì)時(shí)間)和非均勻(針對(duì)空間)的，因此，對(duì)于測(cè)量的時(shí)間和空間的頻率響應(yīng)要求也遠(yuǎn)高于常規(guī)尺度。因此發(fā)展高頻響，空間分辨率高的壓力測(cè)量裝置十分重要。
[0004]對(duì)于以上測(cè)量難點(diǎn)，采用分布式(或者陣列式)的微壓力分布測(cè)量裝置可以有效解決。該裝置能夠在一個(gè)區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)所有點(diǎn)的壓力測(cè)量，且具有非常高的頻率響應(yīng)，對(duì)于微尺度多相流和復(fù)雜微流體壓力分布的研究具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用應(yīng)變片測(cè)量微通道氣體分布式壓力的裝置。
[0006]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種利用應(yīng)變片測(cè)量微通道氣體分布式壓力的裝置，該裝置包括標(biāo)準(zhǔn)壓力源、注射栗、PMMA芯片、多通道應(yīng)變儀和計(jì)算機(jī)；所述PMMA芯片由上下兩層PMMA基板鍵合密封而成；下層PMMA基板上加工長(zhǎng)直流道，在長(zhǎng)直流道兩側(cè)加工若干大小相等、均勻分布且與長(zhǎng)直流道連通的方腔;在上層PMMA基板上與方腔對(duì)應(yīng)位置設(shè)置矩形孔，矩形孔上密封粘貼電阻應(yīng)變片;所述長(zhǎng)直流道的兩端分別設(shè)有流道進(jìn)口和流道出口 ；所述標(biāo)準(zhǔn)壓力源或注射栗通過(guò)氣體導(dǎo)管連通流道進(jìn)口 ；所述電阻應(yīng)變片通過(guò)應(yīng)變片引線(xiàn)連接多通道應(yīng)變儀，多通道應(yīng)變儀連接計(jì)算機(jī)。
[0007]進(jìn)一步地，所述長(zhǎng)直流道兩側(cè)的方腔交錯(cuò)布置。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果是:應(yīng)變片均勻分布在長(zhǎng)直流道的兩側(cè)，當(dāng)氣體流經(jīng)流道時(shí)，流速穩(wěn)定后會(huì)對(duì)應(yīng)變片產(chǎn)生壓力從而使應(yīng)變片產(chǎn)生相應(yīng)的微應(yīng)變，然后利用多通道應(yīng)變儀測(cè)量來(lái)自應(yīng)變片的應(yīng)變值。由于該測(cè)量裝置中應(yīng)變片和多通道應(yīng)變儀的靈敏度和精度都能達(dá)到很高，所以能夠準(zhǔn)確的測(cè)量出微通道中氣體壓力的數(shù)值和分布特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本實(shí)用新型裝置標(biāo)定示意圖；
[0010]圖2為本實(shí)用新型裝置標(biāo)測(cè)示意圖；
[0011]圖3為PMMA芯片的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖中:標(biāo)準(zhǔn)壓力源1、氣體導(dǎo)管2、PMMA芯片3、流道進(jìn)口4、電阻應(yīng)變片5、流道出口 6、應(yīng)變片引線(xiàn)7、多通道應(yīng)變儀8、計(jì)算機(jī)9、注射栗1、方腔11、長(zhǎng)直流道12。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面通過(guò)附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0014]如圖1-3所示，本實(shí)用新型提供了一種利用應(yīng)變片測(cè)量微通道氣體分布式壓力的裝置，該裝置包括標(biāo)準(zhǔn)壓力源1、注射栗10、PMMA芯片3、多通道應(yīng)變儀8和計(jì)算機(jī)9。所述PMMA芯片3由上下兩層PMMA基板鍵合密封而成;下層PMMA基板上加工長(zhǎng)直流道12，在長(zhǎng)直流道12兩側(cè)加工若干大小相等、均勻分布且與長(zhǎng)直流道12連通的方腔11;在上層PMMA基板上與方腔11對(duì)應(yīng)位置設(shè)置矩形孔，矩形孔上密封粘貼電阻應(yīng)變片5;所述長(zhǎng)直流道12的兩端分別設(shè)有流道進(jìn)口 4和流道出口 6;所述標(biāo)準(zhǔn)壓力源I或注射栗10通過(guò)氣體導(dǎo)管2連通流道進(jìn)口 4;所述電阻應(yīng)變片5通過(guò)應(yīng)變片引線(xiàn)7連接多通道應(yīng)變儀8，多通道應(yīng)變儀8連接計(jì)算機(jī)9。
[0015]實(shí)施例
[0016]PMMA芯片3的長(zhǎng)、寬、高分別為:80mm X 30mm X 4mm，長(zhǎng)直流道12的長(zhǎng)、寬和深度分別為:68mm X ImmX 500um。長(zhǎng)直流道12兩側(cè)分別加工六個(gè)大小形狀相同且均勾分布的方腔11，兩側(cè)的方腔11交錯(cuò)布置，每個(gè)方腔11的長(zhǎng)、寬、高分別為:2mm X Imm X 500um。上下兩層PMMA基板通過(guò)高溫?zé)釅哼M(jìn)行鍵合密封。電阻應(yīng)變片5的長(zhǎng)為3.3mm，寬為2.4mm，該型號(hào)電阻應(yīng)變片不僅能很好的對(duì)腔體進(jìn)行密封，而且尺寸小、靈敏度高。
[0017]本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下:
[0018](I)首先對(duì)測(cè)量裝置進(jìn)行標(biāo)定。如圖1所示，其中PMMA芯片3中的流道進(jìn)口 4與標(biāo)準(zhǔn)壓力源I連接，流道出口 6用密封元件密封，然后所有的電阻應(yīng)變片5的引線(xiàn)都連接到多通道應(yīng)變儀8中的測(cè)量通道接口，多通道應(yīng)變儀8的數(shù)據(jù)線(xiàn)再接入計(jì)算機(jī)9。所有環(huán)節(jié)連接好后，將標(biāo)準(zhǔn)壓力源I從零帕開(kāi)始逐漸遞增，不同的壓力對(duì)電阻應(yīng)變片5產(chǎn)生不同的應(yīng)變值，電阻應(yīng)變片5的最大有效形變即是對(duì)應(yīng)壓力的最大值。將得到的壓力值和對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，繪制相應(yīng)函數(shù)曲線(xiàn)，既可完成應(yīng)變值對(duì)應(yīng)壓力值的標(biāo)定。
[0019](2)標(biāo)定完成后利用該測(cè)量裝置測(cè)量通道氣體壓力。如圖2所示，把標(biāo)準(zhǔn)壓力源I換成微流體注射栗10接入流道進(jìn)口 4，將流道出口 6和大氣相通，其它部分不變。注射栗10是實(shí)驗(yàn)通道中氣體的動(dòng)力源。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，開(kāi)啟注射栗10，氣體進(jìn)入PMMA芯片3中的流道。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間穩(wěn)定后，由于從流道進(jìn)口端到出口端存在壓損，或者對(duì)于多相、多組分氣體存在復(fù)雜壓力分布，因此距離流道進(jìn)口端不同的位置產(chǎn)生的壓力不同，引起對(duì)應(yīng)位置的電阻應(yīng)變片5產(chǎn)生不同形變。多通道應(yīng)變儀8將實(shí)時(shí)記錄相應(yīng)的應(yīng)變值，利用壓力值和應(yīng)變值的標(biāo)定函數(shù)關(guān)系即可獲得流體的壓力分布及其特征。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用應(yīng)變片測(cè)量微通道氣體分布式壓力的裝置，其特征在于，該裝置包括標(biāo)準(zhǔn)壓力源(I)、注射栗(10)、PMMA芯片(3)、多通道應(yīng)變儀(8)和計(jì)算機(jī)(9);所述PMMA芯片(3)由上下兩層PMMA基板鍵合密封而成；下層PMMA基板上加工長(zhǎng)直流道(12)，在長(zhǎng)直流道(12)兩側(cè)加工若干大小相等、均勻分布且與長(zhǎng)直流道(12)連通的方腔(11);在上層PMMA基板上與方腔(11)對(duì)應(yīng)位置設(shè)置矩形孔，矩形孔上密封粘貼電阻應(yīng)變片(5);所述長(zhǎng)直流道(12)的兩端分別設(shè)有流道進(jìn)口(4)和流道出口(6);所述標(biāo)準(zhǔn)壓力源(I)或注射栗(10)通過(guò)氣體導(dǎo)管(2)連通流道進(jìn)口(4);所述電阻應(yīng)變片(5)通過(guò)應(yīng)變片引線(xiàn)(7)連接多通道應(yīng)變儀(8)，多通道應(yīng)變儀(8)連接計(jì)算機(jī)(9)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用應(yīng)變片測(cè)量微通道氣體分布式壓力的裝置，其特征在于，所述長(zhǎng)直流道(12)兩側(cè)的方腔(11)交錯(cuò)布置。
【文檔編號(hào)】G01L9/04GK205538072SQ201620312000
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月13日
【發(fā)明人】汪兵, 王昊利, 韓威俊
【申請(qǐng)人】中國(guó)計(jì)量大學(xué)