【導讀】通過(guò)微機電系統和兩個(gè)壓力傳感器補償集成電路 (IC) 演示了用于生化和醫療目的的微流體流量測量。流體的流速可以通過(guò)精密加工通道上的壓降來(lái)確定。整個(gè)組件安裝在一個(gè)小型陶瓷混合組件上。
通過(guò)微機電系統和兩個(gè)壓力傳感器補償集成電路 (IC) 演示了用于生化和醫療目的的微流體流量測量。流體的流速可以通過(guò)精密加工通道上的壓降來(lái)確定。整個(gè)組件安裝在一個(gè)小型陶瓷混合組件上。
流體分析在當前的廣泛應用中至關(guān)重要。生物學(xué)、醫學(xué)分析、基因工程和許多其他領(lǐng)域都依賴(lài)于快速、和可重復的化學(xué)和生物分析。自動(dòng)化流體樣品定量和分析的工具對于經(jīng)濟實(shí)惠的性能至關(guān)重要。
高度化的電子傳感器被設計用于自動(dòng)化樣品分析，但液體的計量仍然是一個(gè)突出的問(wèn)題，必須以物理方式完成。該操作通常通過(guò)由步進(jìn)電機驅動(dòng)的專(zhuān)用微型注射器來(lái)完成。很容易想象與此類(lèi)設置相關(guān)的難度和費用。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，DASA IMT 和 Seyonic SA（均位于瑞士納沙泰爾）開(kāi)發(fā)了流通式微流體計量，作為太空實(shí)驗工具包的一部分。如下所述，該設計的關(guān)鍵要素是微流量傳感器裝置。要求是：
小尺寸
化學(xué)惰性
溫度穩定性
長(cháng)期穩定
簡(jiǎn)單、輕松且全自動(dòng)的重新校準
線(xiàn)性電壓-壓力輸出
測量微流體流動(dòng)的一種方法是測量集成到微流通道中的限制件上的壓差。壓力測量通過(guò)雙壓阻壓力傳感器進(jìn)行，一個(gè)放置在限制之前，另一個(gè)放置在限制之后。為了確保傳感器不受化學(xué)侵蝕性流體的影響或改變，加壓流體施加到傳感器膜片的背面（其單晶硅對化學(xué)物質(zhì)相對不敏感）而不是正面。這種不尋常的配置通過(guò)屏蔽液體來(lái)保護傳感器頂部敏感的微電子電路。為了防止機械張力產(chǎn)生誤差，傳感器安裝在厚陶瓷基板上（圖 1）。
壓阻壓力傳感器具有出色的靈敏度和再現性，但它們對環(huán)境溫度的變化非常敏感。直到近，還沒(méi)有辦法在實(shí)現微流體流量傳感所需的小尺寸和快速響應的同時(shí)補償這些誤差。該問(wèn)題的解決方案之一是新型 MAX1458 傳感器信號處理器，它可以補償壓阻傳感器的初始誤差和溫度相關(guān)誤差。圖 2 將未經(jīng)校正的傳感器的輸出與使用該 IC 補償的相同輸出進(jìn)行了比較。
數字和用戶(hù)可編程寄存器對模擬信號路徑執行完全電子補償。對于環(huán)境溫度變化較大的應用，如-40°C至+125°C汽車(chē)溫度范圍，MAX1458可提供優(yōu)于1%的總輸出精度。對于更有限的量程，例如 +15°C 至 +45°C，總壓力精度接近 0.1%。
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