袁昌荣,李小宁,孙中圣

(南京理工大学 机械工程学院,南京 210094)

热膜式气体流量传感器因其动态响应速度快、功耗低、体积小、易安装等特点,在航空、航天、生物医学、汽车、环境监测等领域得到了广泛应用[1-3]。但一些用户陆续反映,传感器使用一段时间后,由于被测气体中含有气溶胶颗粒、油雾等细微污染物,对传感器芯片表面造成了污染,其测量精度出现不同程度的下降,带来了流量测量不准或据此进行的后续控制失效的问题。热膜式流量传感器的典型应用之一为汽车发动机领域[4],由于汽车发动机经常在肮脏的空气环境下工作,空气流量计使用一段时间后,传感器芯片热膜测量区域有大量灰尘累积[5],形成隔热层,散热困难,导致发动机产生启动困难、怠速不稳、急加速进气管回火、动力下降、油耗增加等问题[6-7]。

Yuan等[8-9]通过特别设计的力学因素对比试验,研究发现芯片表面电场力是造成颗粒吸附堆积的主要因素。带电荷的污染物颗粒在气体中受流场中多种力的作用而悬浮流动,流经传感器芯片表面时,带异电性颗粒物受到芯片产生的电场引力作用而产生被吸附的效应,形成颗粒物污染,使芯片表面对气体流动热摩擦感应灵敏度降低,造成传感器测量精度的下降。因此,污染物颗粒带电量的测量对芯片表面颗粒的堆积有着较大影响。张宝峰等[10-11]利用法拉第筒法测量了微小颗粒荷电量,将带电颗粒导入法拉第筒内,利用电桥测试仪或者直接使用静电电位计测出法拉第筒电位,同时由高精度电子天平测出法拉第筒内颗粒总质量,换算出颗粒总个数,从而得到单个微小颗粒的平均带电量。……