使用补偿 IC 测量流体流量

通过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疗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。整个组件安装在一个小型陶瓷混合组件上。

流体分析在当前的广泛应用中至关重要。生物学、医学分析、基因工程和许多其他领域都依赖于快速、和可重复的化学和生物分析。自动化流体样品定量和分析的工具对于经济实惠的性能至关重要。

高度化的电子传感器被设计用于自动化样品分析，但液体的计量仍然是一个突出的问题，必须以物理方式完成。该操作通常通过由步进电机驱动的专用微型注射器来完成。很容易想象与此类设置相关的难度和费用。

为了解决这个问题，DASA IMT 和 Seyonic SA（均位于瑞士纳沙泰尔）开发了流通式微流体计量，作为太空实验工具包的一部分。如下所述，该设计的关键要素是微流量传感器装置。要求是：

小尺寸
化学惰性
温度稳定性
长期稳定
简单、轻松且全自动的重新校准
线性电压-压力输出

测量微流体流动的一种方法是测量集成到微流通道中的限制件上的压差。压力测量通过双压阻压力传感器进行，一个放置在限制之前，另一个放置在限制之后。为了确保传感器不受化学侵蚀性流体的影响或改变，加压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屏蔽液体来保护传感器顶部敏感的微电子电路。为了防止机械张力产生误差，传感器安装在厚陶瓷基板上（图 1）。

压阻压力传感器具有出色的灵敏度和再现性，但它们对环境温度的变化非常敏感。直到近，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。该问题的解决方案之一是新型 MAX1458 传感器信号处理器，它可以补偿压阻传感器的初始误差和温度相关误差。图 2 将未经校正的传感器的输出与使用该 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执行完全电子补偿。对于环境温度变化较大的应用，如-40°C至+125°C汽车温度范围，MAX1458可提供优于1%的总输出精度。对于更有限的量程，例如 +15°C 至 +45°C，总压力精度接近 0.1%。