CN205538072U - 一种利用应变片测量微通道气体分布式压力的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用高灵敏度应变片的微通道气体分布式压力的测量装置，该装置包括标准压力源、注射泵、PMMA芯片、多通道应变仪和计算机；PMMA芯片由上下两层PMMA基板组成；下层PMMA基板上加工长直流道，在长直流道两侧加工若干大小相等、均匀分布且与长直流道连通的方腔；在上层PMMA基板上与方腔对应位置设置矩形孔，矩形孔上密封粘贴电阻应变片；当气体流经流道时，流速稳定后会对应变片产生压力从而使应变片产生相应的微应变，利用多通道应变仪测量来自应变片的应变值。由于该测量装置中应变片和多通道应变仪的灵敏度和精度都能达到很高，所以能够准确的测量出微通道中气体压力的数值和分布特点。

Description

一种利用应变片测量微通道气体分布式压力的装置

技术领域

本实用新型涉及应变片的应用以及微通道气体压力测量技术，具体为一种利用应变片的微应变技术来测量微通道气体压力分布的装置。

背景技术

微流体技术是指在微观尺寸下控制、操作和检测复杂流体的技术，是在微电子、微机械、微加工基础上发展起来的一门全新交叉学科。而微通道中微流体压力测量也是目前比较重要的研究方向，特别是对于微压力的控制，如生物、医学芯片、微机械电子、微小型航天器、以及生物体微循环***的压力测量等。

目前国内外压力测量已从单纯的机械测量(如弹簧管式、膜片式、隔膜式压力表)，发展到各种不同原理的压力传感器，如电阻应变式、电容式、压电式、扩散硅压阻式压力传感器等。这些现有的大尺度测压装置比较成熟，但对于微通道或微尺度下的微压测量装置存在许多的困难。首先微流体压力值微小不易探测，测压元件的灵敏度、精度等要求远高于常规尺度或者大尺度的应用领域。而且很多领域要涉及到高空间分辨率和时间分辨率的测量：比如多相流或芯片实验室中的样品流动的压力测量，都是非定常(针对时间)和非均匀(针对空间)的，因此，对于测量的时间和空间的频率响应要求也远高于常规尺度。因此发展高频响，空间分辨率高的压力测量装置十分重要。

对于以上测量难点，采用分布式(或者阵列式)的微压力分布测量装置可以有效解决。该装置能够在一个区域内实现所有点的压力测量，且具有非常高的频率响应，对于微尺度多相流和复杂微流体压力分布的研究具有重要意义。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用应变片测量微通道气体分布式压力的装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种利用应变片测量微通道气体分布式压力的装置，该装置包括标准压力源、注射泵、PMMA芯片、多通道应变仪和计算机；所述PMMA芯片由上下两层PMMA基板键合密封而成；下层PMMA基板上加工长直流道，在长直流道两侧加工若干大小相等、均匀分布且与长直流道连通的方腔；在上层PMMA基板上与方腔对应位置设置矩形孔，矩形孔上密封粘贴电阻应变片；所述长直流道的两端分别设有流道进口和流道出口；所述标准压力源或注射泵通过气体导管连通流道进口；所述电阻 应变片通过应变片引线连接多通道应变仪，多通道应变仪连接计算机。

进一步地，所述长直流道两侧的方腔交错布置。

本实用新型的有益效果是：应变片均匀分布在长直流道的两侧，当气体流经流道时，流速稳定后会对应变片产生压力从而使应变片产生相应的微应变，然后利用多通道应变仪测量来自应变片的应变值。由于该测量装置中应变片和多通道应变仪的灵敏度和精度都能达到很高，所以能够准确的测量出微通道中气体压力的数值和分布特点。

附图说明

图1为本实用新型装置标定示意图；

图2为本实用新型装置标测示意图；

图3为PMMA芯片的整体结构示意图；

图中：标准压力源1、气体导管2、PMMA芯片3、流道进口4、电阻应变片5、流道出口6、应变片引线7、多通道应变仪8、计算机9、注射泵10、方腔11、长直流道12。

具体实施方式

下面通过附图对本实用新型进行详细描述。

如图1-3所示，本实用新型提供了一种利用应变片测量微通道气体分布式压力的装置，该装置包括标准压力源1、注射泵10、PMMA芯片3、多通道应变仪8和计算机9。所述PMMA芯片3由上下两层PMMA基板键合密封而成；下层PMMA基板上加工长直流道12，在长直流道12两侧加工若干大小相等、均匀分布且与长直流道12连通的方腔11；在上层PMMA基板上与方腔11对应位置设置矩形孔，矩形孔上密封粘贴电阻应变片5；所述长直流道12的两端分别设有流道进口4和流道出口6；所述标准压力源1或注射泵10通过气体导管2连通流道进口4；所述电阻应变片5通过应变片引线7连接多通道应变仪8，多通道应变仪8连接计算机9。

实施例

PMMA芯片3的长、宽、高分别为：80mm×30mm×4mm，长直流道12的长、宽和深度分别为：68mm×1mm×500um。长直流道12两侧分别加工六个大小形状相同且均匀分布的方腔11，两侧的方腔11交错布置，每个方腔11的长、宽、高分别为：2mm×1mm×500um。上下两层PMMA基板通过高温热压进行键合密封。电阻应变片5的长为3.3mm，宽为2.4mm，该型号电阻应变片不仅能很好的对腔体进行密封，而且尺寸小、灵敏度高。

本实用新型的工作过程如下：

(1)首先对测量装置进行标定。如图1所示，其中PMMA芯片3中的流道进口4与标准压力源1连接，流道出口6用密封元件密封，然后所有的电阻应变片5的引线都连接到多通道应变仪8中的测量通道接口，多通道应变仪8的数据线再接入计算机9。所有环节连接好后，将标准压力源1从零帕开始逐渐递增，不同的压力对电阻应变片5产生不同的应变值，电阻应变片5的最大有效形变即是对应压力的最大值。将得到的压力值和对应的应变值通过计算机进行分析处理，绘制相应函数曲线，既可完成应变值对应压力值的标定。

(2)标定完成后利用该测量装置测量通道气体压力。如图2所示，把标准压力源1换成微流体注射泵10接入流道进口4，将流道出口6和大气相通，其它部分不变。注射泵10是实验通道中气体的动力源。实验开始时，开启注射泵10，气体进入PMMA芯片3中的流道。经过一段时间稳定后，由于从流道进口端到出口端存在压损，或者对于多相、多组分气体存在复杂压力分布，因此距离流道进口端不同的位置产生的压力不同，引起对应位置的电阻应变片5产生不同形变。多通道应变仪8将实时记录相应的应变值，利用压力值和应变值的标定函数关系即可获得流体的压力分布及其特征。

Claims (2)

1.一种利用应变片测量微通道气体分布式压力的装置，其特征在于，该装置包括标准压力源(1)、注射泵(10)、PMMA芯片(3)、多通道应变仪(8)和计算机(9)；所述PMMA芯片(3)由上下两层PMMA基板键合密封而成；下层PMMA基板上加工长直流道(12)，在长直流道(12)两侧加工若干大小相等、均匀分布且与长直流道(12)连通的方腔(11)；在上层PMMA基板上与方腔(11)对应位置设置矩形孔，矩形孔上密封粘贴电阻应变片(5)；所述长直流道(12)的两端分别设有流道进口(4)和流道出口(6)；所述标准压力源(1)或注射泵(10)通过气体导管(2)连通流道进口(4)；所述电阻应变片(5)通过应变片引线(7)连接多通道应变仪(8)，多通道应变仪(8)连接计算机(9)。

2.根据权利要求1所述的一种利用应变片测量微通道气体分布式压力的装置，其特征在于，所述长直流道(12)两侧的方腔(11)交错布置。