微机电系统如何使用补偿IC测量流体流量

用微机电系统和两个压力传感器补偿集成电路（IC）演示了用于生化和医学目的的微流体流量测量。流体的流速可以通过精密加工通道上的压降来确定。整个组件可安装在小型陶瓷混合组件上。

在广泛的当前应用中，流体分析必不可少。生物学，医学分析，基因工程和许多其他领域都依赖于快速，精确且可重复的化学和生物学分析。自动执行流体样品定量和分析的工具对于负担得起的性能至关重要。

已经设计出高度专业的电子传感器来自动执行样品分析，但是液体的配给（仍然是一个突出的问题）必须在物理上完成。通常使用步进电机驱动的专用微型注射器来完成此操作。可以轻松想象与此类设置相关的困难和费用。

在解决这一问题的一种新颖方法中，DASA IMT和Seyonic SA（均为瑞士纳沙泰尔公司）开发了流通式微流体配液，并将其作为用于太空实验的工具包的一部分。如下所述，该设计的关键要素是微流量传感器设备。要求是：

• 小尺寸
• 化学惯性
• 温度稳定性
• 长期稳定性
• 简单，轻松和全自动的重新校准
• 线性电压-压力输出

一种测量微流体流量的方法是通过测量集成到微流通道中的节流阀上的压差。压力测量是通过双压阻式压力传感器进行的，其中一个放在限流器之前，另一个放在限流器之后。为了确保传感器不受化学侵蚀性流体的影响或更改，将压力下的流体施加到传感器膜片的背面（其单晶硅对化学物质相对不敏感）而不是正面。这种不寻常的配置通过将敏感的微电子电路与液体隔离开来保护它们，从而保护了传感器上的敏感微电子电路。为防止机械张力引起的误差，将传感器安装在较厚的陶瓷基板上（图1）。

压阻式压力传感器具有出色的灵敏度和可重复性，但对环境温度的变化非常敏感。直到最近，还没有办法在实现微流体流量传感所需的小尺寸和快速响应的同时补偿这些误差。一种解决方案是采用新型的MAX1458传感器信号处理器，该传感器可以补偿压阻传感器的初始误差和与温度有关的误差。图2将未经校正的传感器的输出与通过该IC补偿的相同输出进行了比较。

数字和用户可编程寄存器对模拟信号路径进行全电子补偿。对于在-40°C至+ 125°C汽车温度范围等环境温度变化较大的应用中，MAX1458的总输出精度优于1％。对于更有限的跨度（例如+ 15°C至+ 45°C），总压力精度接近0.1％。