方向和流體流速傳感器對于不同的工業，醫療和環境應用至關重要。流量傳感器可在諸如密度測量，粘度測量，流型確定和壁切應力確定等應用中量化氣體和液體流動的方向和速率。除了流量參數對方向，溫度，速度和速率等感應范圍的重要要求外，要檢測的各種目標液體或氣體的特性也構成了設計精確，低功耗和廉價傳感器的障礙。

MEMS流量傳感器

近年來，微機電系統（MEMS）技術為生產不同用途的流量傳感器提供了廣闊的機會。MEMS是在對硅和鍺壓阻能力進行研究之后于1960年代首次提出的。早些年，MEMS流量傳感器是使用聚合物和硅組件以及不同的傳感器組件和構造方法制造的。熱，基于阻力和基于扭矩的流量傳感可能是最流行的傳感技術。

在本文中，將對迄今為止已建成的各種納米/微米級MEMS流量傳感器進行全面概述。根據其傳感理論，這三大類是MEMS壓阻，熱和壓電流量傳感器。

壓阻流量傳感器

當受到外部應變或應力影響時，顯示出電阻率變化的元素被稱為壓阻材料。由于施加的應變，材料的內部晶格和原子位置發生了變化，因此其電阻率也發生了變化。制造商廣泛使用壓阻材料來開發MEMS流量傳感器。由于它們在施加應力時能夠改變阻力，因此它們在流量感測中獲得了關注。當用于MEMS流量傳感器時，電阻變化會映射到電壓信號，該電壓信號會隨著流速的變化而波動。

MEMS熱流傳感器

使用熱傳遞強度來測量流速的流量傳感器被稱為熱流量傳感器。這種現象可確保在輸出信號漂移較小的情況下獲得更高的精度和靈敏度。此外，這種傳感器的好處在于，它們無需物理移動任何微型零件即可工作。MEMS熱流傳感器通常由兩個主要組件組成：傳感和加熱元件。工作流與加熱器之間的傳熱差由感應元件感應，因此，系統的靈敏度會隨著多余的熱能傳遞到工作流體而增加。

影響標準基于溫度的流量傳感器精度的主要限制因素之一往往是正確保留傳感組件的溫度。無法計算低流速是與MEMS熱流傳感器有關的另一個問題。常規熱膜傳感器和熱線傳感器中的傳感組件具有較大的比熱容，這使得很難跟蹤低對流傳熱，從而導致低頻或不良的頻率響應。

根據各種熱管理方法和不同的評估方法，可以識別出三種MEMS熱流傳感器。H型傳感器是第一類。這些是熱膜傳感器和熱線傳感器，它們通過在穩定溫度下調節熱功率或在穩定熱量下調節溫度來計算流量。它們之間的區別歸因于它們的結構：熱膜傳感器中的線電阻器放置在通量旁的膜片上，而電阻器則獨立于底層，位于H型熱線傳感器中。第二種類型的C型傳感器是量熱傳感器，它通過測量加熱器上的熱量分布變化來測量流量。

MEMS壓電流量傳感器

某些人造和天然介電材料具有壓電特性，這使得它們在施加機械負載時能夠產生電荷。這也稱為直接壓電效應。另一方面，如果這些材料暴露于外部電場，則會影響尺寸或幾何形狀的變化。該效應稱為逆壓電效應。在聚偏二氟乙烯（PVDF）等聚合物和包括鈦酸鋇（BaTIO3）或鋯鈦酸鉛（PZT）。MEMS壓電流量傳感器是自動的，因此不需要外部電源即可實現傳感器輸出信號。此外，它們主要由聚偏二氟乙烯（PVDF）和鋯鈦酸鉛（PZT）材料組成。

應用領域

MEMS流量傳感器具有多種用途，例如感測環境流量，工業氣體流量監控，生物醫學應用中的流量感測和海洋流體動力感測。MEMS流量傳感器的緊湊尺寸，高靈敏度，低價格和批量生產功能使其在商業和工業應用中極具吸引力。此外，一些MEMS軟聚合物傳感器具有生物相容性，為臨床和生物醫學應用的銷售打開了大門。

MEMS流量傳感器在呼吸機，霧化器，氧氣系統和睡眠呼吸暫停診斷儀器等領域對治療性呼吸流量傳感任務的需求日益增長。具有集成MEMS流量傳感器的可穿戴式呼吸監測器能夠跟蹤流量和流速。它們普遍用于監視運動員的表現和恢復情況。此外，在靜脈輸注中的流速跟蹤中，MEMS傳感器將在實現有效分配藥物以進行重力注射以及防止可能因輸液泵缺陷而引起的意外誤用藥物方面發揮關鍵作用。