专利名称：一种基于mems技术的微液量计量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及环境保护领域水质监测仪器中液体取样计量系统，尤其是涉及一 种基于MEMS技术的微液量计量装置。
背景技术：
改革开放以来，我国的经济快速发展，经济建设取得了举世瞩目的成就。然而，诸 多行业却是以牺牲环境和资源为代价来换取经济的暂时繁荣，一些高耗能、高污染的企业 给我国的环境和资源带来了巨大的压力，长远来看，这必将制约我国经济的进一步发展。控 制企业的污水排放和监测环境水质都需要用到大量的水质在线监测仪器，这些仪器需要对 微量(<5ml)的待检水样和试剂进行计量。计量装置的精度与可靠性直接决定了检测结 果的准确性和仪器的可靠性。本实用新型属于环境保护领域水质监测仪器中液体取样计量 系统。目前，应用于水质在线监测仪器的液体计量技术主要有三类(1)利用液体传感器对导管内液体流过瞬间的感应，通过控制泵的流速和开关时 间的来实现对液体体积的计量，原理如图1所示，本技术主要涉及试剂注入泵1，液体传感 器2，双体阀3等装置。该技术结构简单，成本较低，操作、维修方便。但是，它对试剂注入泵 的转速要求苛刻，若泵运转不稳定则严重影响测量准确度；而且没有补偿措施，不能消除液 体中的气泡对测量结果的影响，可靠性较差；同时，传感器易受到腐蚀性强的污水损害，整 个设备的精确度受到液体传感器精度的限制。(2)使用具有固定容积的计量管进行计量，例如怡文科技有限公司目前的计量装 置，如图2所示，本技术主要涉及信号线4，吹气管5，溢流管6，蒸馏水管7，计量杯管帽8，探 针9，计量杯内水样10，紧固螺帽11，0型密封圈12，电磁阀13等。液体由装置下部进入计 量杯，探针探测到液体后会通知控制系统停止进样，计量杯里的固定体积即为所取水样的 体积。该装置成本较低，操作方便，但所能测量的液体体积固定，灵活性较差，而且探针易受 到腐蚀。(3)利用步进电机控制注射泵的拉动行程，液体流过时，在装置底部固定的两个光 电传感器会接收到信号从而控制流入液体的体积，如图3所示，本技术主要涉及注射泵14， 光电传感器15等。该装置具有较高的取样精度，污水中的各种杂质会影响光信号的强弱， 但装置的可靠性过分依赖于光传感器的敏感程度，拉动过程必须缓慢进行，单次抽取液体 的体积受注射泵容积限制，而且所能测量的液体体积缺乏灵活性，每种体积测量需求都需 要一对光电传感器，因此结构复杂，成本较大，如图4所示的申请号为200620051095. 0的实 用新型专利申请，该专利利用了图3所示的计量装置，计量装置结构复杂。可见，现有技术设计的计量装置都存在着明显的缺点，对微量液体的计量必然会 造成误差。污水和环境水样的水质情况比较复杂，通常含有大量的杂质或腐蚀性成分，传统 的微量液体计量技术在该领域的应用效果往往不佳。发明内容针对现有技术存在的问题，本实用新型有下述目的(1)提供设计成本低、简单可靠且可灵活地改变取样液体体积的计量装置，保证对 不同密度的液体都具有较高的取样精度(计量相对误差(FS)控制在2%以内)；(2)对污水和浓H2S04、K2Cr207等强腐蚀性的液体进行计量时，确保计量装置能 够可靠持久地工作；本实用新型提供一种微液量计量装置，其特征在于，其中包括气闭管道25 ；MEMS 微结构压力传感器21，所述传感器的Pl管22与大气相通，并且该传感器的P2管23通过橡 胶管24与气闭管道25连接。微液量计量装置中还包括用来对所述气闭管道25加热的加热装置26。微液量计量装置中的所述加热装置可以采用吹气阀来替代。本实用新型首次采用MEMS微结构压力传感器，实现了对不同密度液体体积的精 确计量；而且计量装置中设计有气闭管道，实现了 MEMS微压力传感器和被计量液体之间的 隔离，避免了传感器被污水或强腐蚀性的液体损坏。

图1是现有的利用液体传感器的计量装置；图2是现有的使用具有固定容积的计量管的计量装置；图3是现有的利用步进电机控制注射泵的拉动行程、并且其底部具有两个光电传 感器的计量装置；图4是利用图3所示计量装置进行液体体积计量的专利装置示意图；图5是所测量的AV AU关系曲线；图6是测量的绝对误差分布图；图7是测量的相对误差分布图；图8是本实用新型的微液量计量装置剖面图；图9是利用本实用新型的微液量计量装置计量液体体积的一种方法的流程图；图10是利用本实用新型的微液量计量装置计量液体体积的另一种方法的流程 图。
具体实施方式
本实用新型的微液量计量装置采用玻璃制成，其剖面图如图8所示。其中MEMS微 结构压力传感器21封装在电路板20上。MEMS微压力传感器21的Pl管22同大气相通， Ρ2管23通过橡胶管24同气闭管道25连接，MEMS压力传感器21测出大气同气闭管道25 中气体的压力差并输出。利用上述微液量计量装置计量液体体积有两种方法方法一测量时，蓄存管道17中未加入待计量液体时，此时气闭管道25中气体压 力为大气压。当待测液体18由进液口 16加入蓄存管道17中后，气闭管道25中的气体被 压缩，从而产生新压力，MEMS压力传感器21即可测出液体计量前后的压差并输出。气闭管 道25还可实现MEMS微压力传感器21和被计量液体18之间的隔离，避免了传感器被污水或强腐蚀性的液体损坏。由于液体的表面张力作用，加入液体前气闭管道25内部会存在液 膜从而造成测量误差，故在加入液体前利用加热装置26对气闭管道25加热以消除液膜。计量过程的流程图如图9所示，计量时，液体进入蓄存管道17和气闭管道25，气闭 管道25中封闭气体的压力通过一定的函数关系与所计量液体的体积相对应，利用MEMS微 结构压力传感器21测出封闭气体的压力，就能计算出计量装置中所加入液体的体积。计量时，先测出未加入计量液体前气闭管道25中气体的压力(大气压力)。之后， 再加入被计量液体18 (体积为V)，通过测量气闭管道25中气体的压力变化△ P来测量V的 值。本装置首次采用基于MEMS器件的微结构压力传感器，此传感器具有非常优良的性能和 高的测量精度，在正常供电电压范围内，传感器的模拟输出电压和供电电压成正比。传感器测压时，P2管与气闭管道25中的封闭气体相通，P1管与大气相通，P2管中 的压力变化时，传感器模拟输出电压会随(P2-P1)值的变化而线性改变。假设计量装置中加 入的液体体积为V，液体加入前和加入后传感器的输出电压为Up u2。经过推导可以得到
权利要求1.一种微液量计量装置，其特征在于，其中包括 气闭管道(25)；MEMS微结构压力传感器(21)，所述传感器的Pl管(22)与大气相通，并且该传感器的 P2管(23)通过橡胶管(24)与气闭管道(25)连接。
2.如权利要求1所述的微液量计量装置，其中还包括用来对所述气闭管道(25)加热 的加热装置(26)。
3.如权利要求2所述的微液量计量装置，其中 所述加热装置可以采用吹气阀来替代。
专利摘要一种基于MEMS技术的微液量计量装置，所述微液量计量装置包括气闭管道；MEMS微结构压力传感器，该传感器的P1管与大气相通，P2管与气闭管道连接，该传感器测出大气同气闭管道中气体的压力差并输出，利用该压力差可计算出被计量液体的体积ΔV。
文档编号G01F22/02GK201787991SQ20092016062
公开日2011年4月6日 申请日期2009年6月26日 优先权日2009年6月26日
发明者冯中宝, 刘宇兵, 刘旭东, 徐剑飞, 田海涛, 肖巍, 陈杰 申请人:广州市怡文环境科技股份有限公司