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以往难以实现的对30ml/min以下微小液体流量进行高精度测量的流量计

开发热式微小流量计 型号 F7M

阿自倍尔开发出了能够正确测量微小液体流量的微小液体流量计 型号 F7M。其特点是能够以±5%RD的误差高精度测量在工业设备及半导体生产装置等领域中需求很高的30ml/min以下流量。将使用阿自倍尔特有的MEMS技术开发而成的传感器包，与通过热式气体流量计/电磁流量计所积累的流量测量技术相结合，实现了高精度与通用性。

背景/需求

正确掌握液体的微小流量

在工业界广泛存在着正确测量如点滴般微小液体流量的需求。能够具体列举的用途有锂离子电池生产过程中的电解液注入、半导体生产中的光致抗蚀剂涂抹、生化检测等中的试剂的混合与稀释/特殊液剂的喷洒/洗涤药液的混合等。

然市场上销售的“液体流量计”，其测量方式（科里奥利型、超声波型、热敏型）千差万别，但是在可测量的流量范围、精度、温度特性、受振动影响、尺寸、可用液体类型等方面都存在着各自的长处和短处。其中还包括在技术方面难以测量几十ml/min左右^[*1]的流量范围，实际上到目前为止还没有一种商品能够满足市场需求。

^[*1]以经常作为微小流体被提及的点滴为例，成人用输液器20滴≒1mL，以每秒1滴的速度滴落时的流量约为每分钟3ml（3ml/min），以每秒3.3滴稍快的速度滴落时的流量约为每分钟10ml（10ml/min）。

为了实现顾客的需求，阿自倍尔于2017年11月将高精度测量30ml/min以下流量的热式微小液体流量计 型号 F7M 产品化（图1）。

开发的要点

为了保持温差，根据所需功耗来测量流量

如本文开头所述，流体的流量测量存在多种方法，而 型号 F7M 所采用的是在以往的液体流量测量中难以使用的“热式测量方法”。

首先，通过上游的温度传感器测量液体温度。其次，为了与该液体温度存在一定温差，给下游的加热器传感器通电，使其表面发热（图２）。

由于液体的流速越大被流体夺去的热就越多，要想保持一定的温差，必须向加热器传感器大量供电（发热量）。相反，由于流速越小被夺走的热越少，所以需要很少的电量来保持一定的温差。也就是说，意味着可以根据加热器传感器的供电来间接求出流速，进而根据流速和管的横截面面积求出流量。

虽然过去一直通过这种测量方式来测量气体的流量，但是要想在液体中使用，需要传感器与流体接触，所以必须通过某种方法来密封加热器传感器，起到保护和绝缘的作用。因此，除了不能使用会腐蚀密封材料的液体外，还必须确保不能因为密封材料给下游造成污染。由于这些原因，一直没有在液体中应用。

阿自倍尔为了解决这些课题，如图3所示，开发出了在石英玻璃管外侧热粘合加热器传感器的技术，所开发的传感器结构是通过石英玻璃测量上游的液温后，在下游通过石英玻璃使热扩散至液体，根据保持一定温差所需的电量来间接测量流量。

确立石英玻璃管和传感器芯片的粘合技术

这里的关键是圆筒形的石英玻璃管、平面的液温传感器及加热器传感器的粘合方法。尽量减小热电阻的同时，还不能对传感器芯片产生机械压力，阿自倍尔对各种粘合方法进行了验证。最终确立了制作方法，将石英玻璃管圆周的一部分切削成平面状，并在粘合时将特殊粘合剂控制在一定厚度（图4）。

另外，与带有控制微电脑等的电路板连接时，采用柔性电路板。液温传感器及加热器传感器与柔性电路板之间仅通过键合线进行电气连接，而不是机械固定，所以不会对两个传感器芯片产生机械压力。

此外，虽然为了保持一定的温度差，加热器传感器的电极板表面会有些许发热，不过几乎所有的发热都传给了石英玻璃管，流体温度的上升极其微小，不会影响液体的物理性质及质量。

液温传感器及加热器传感器的开发，采用了在气体微小流量传感器开发中积累的热式流体测量技术以及阿自倍尔擅长的MEMS技术，形成了薄膜膜片结构，可以在低能耗下进行传感（图5）。

成果和今后的展望

致力于流量范围的扩大及进一步改良

由于到目前为止在30ml/min左右的微小液体流量计中还没有易操作、高精度的产品，所以 型号 F7M 在2017年11月上市以来，赢得了工业领域及半导体生产装置领域中顾客的极大好评。

今后计划应用同样的测量方式来扩充流量范围的阵容。此外，现在正在努力增加型号，以应对腐蚀石英玻璃的氢氟酸及浓磷酸等液体种类。

型号 F7M 作为以30ml/min左右流量为对象的微小流量计，能够跻身于世界领先行列是阿自倍尔值得骄傲的事情，今后还会继续努力开发顾客所需要的解决方案并提供相应的产品。

※ azbil techne 中的产品与服务因国家或地域而异。