葛 言，孙中圣，袁昌荣，李小宁

(南京理工大学机械工程学院，江苏 南京 210094)

基金项目：国家自然科学基金资助项目（51475242）

作者简介：葛言（1994—），男，硕士研究生，主要研究方向为气动技术、MEMS热膜式气体流量传感器技术，geyan_nj@126.com.

通讯作者：孙中圣，男，副教授，billsun1978@163.com.

摘要：为了提高MEMS热膜式气体流量传感器的防尘能力，设计了一种基于气旋原理的除尘装置。运用正交试验的方法，在适当的范围内选取尺寸参数进行组合，以提高除尘效率为优化目标，通过仿真确定了除尘装置尺寸参数的具体数值，并且进一步分析了除尘装置的除尘性能。通过实验测量除尘装置的支路流量比例、压力损失和除尘效率，验证了仿真分析的结果，测定了防尘装置的实际工作性能。结果表明：除尘装置对粒径在5 μm以上的粉尘具有良好的除尘效果，除尘效率最高可达80%。

关键词：气旋除尘；MEMS热膜式气体流量传感器；正交试验

中图分类号：TP391.9   文献标识码：B   文章编号：2095-509X(2020)05-0102-05
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MEMS（micro electro mechanical systems，微机电系统）热膜式气体流量传感器是一种常见的气体流量传感器，具有测量精度高、成本低廉、结构简单等优点，广泛应用于车辆发动机控制、工业生产等领域。但此类流量传感器对气体清洁度要求极高，工作环境恶劣或者使用时间较长都会导致粉尘在测量芯片表面形成堆积体，严重影响测量精度，例如发动机进气流量传感器因此可能产生30%~45%的空燃比误差。本文根据气旋分离原理设计集成在MEMS热膜式气体流量传感器内的除尘装置，提高了传感器的耐尘性能，具有成本低廉、结构简单、维护方便等优点，对MEMS热膜式气体流量传感器的进一步应用具有重要意义。

1 气旋除尘装置的结构

相比于实际使用需要，MEMS芯片测量范围较小，为提高最大量程，本文采用支路测量方法降低流经测量芯片的流量。同时在测量芯片的安装位置设置一段截面收缩的区间，一方面能进一步减小支路气流的流量，另一方面起到稳定气流的作用。

    如图1所示，气旋除尘装置内部气路由入口缓冲段、气旋体、测量支路和出口缓冲段组成。气旋体是影响除尘性能的主要部分，待测气体在气旋体内形成气旋，在离心力的作用下，大部分杂质位于气旋外侧，少部分杂质位于气旋中心，从而分别形成直接进入出口缓冲段的粉尘浓度较高的气流和上升进入测量支路的相对洁净的气流，两股气流在出口缓冲段合并后从出口流出。两个缓冲段的作用是消除管路截面变化产生的影响，使气流平顺稳定。