本研究主要目標為討論市面上之微機電氣體流量計，依照其基本運作原理，建立簡化之流場模型，並針對為該流場進行分析。利用GAMBIT 2.4建立模型及網格，並利用ANSYS 13.0之FLUENT進行模擬計算。此流量計模型利用主流道之「壓降元件」使上下游之間產生明顯壓降，成為足以推動流體進入「旁通流道」之壓差，旁通流道之進出口內設有多孔板以整流並控制流量。此微小流量於旁通流道中，經過本流量計之核心「晶片感測區流道」，該處流道為微米尺度，故可以層流模型進行計算。其晶片中央為一發熱線路區，兩側各有一組感測線路區，流體靜止時，兩感測區之溫度相同；而當流體流動，因兩者分別位於熱源上下游，而產生溫度差異，可由此溫度差異與變化趨勢，建立流量與溫差之關係。本研究包含兩類主流道壓降元件，其中一種設計於主流道中央設置一片多孔板，另一種則設置收縮通道(orifice)。分析多孔板結構時，將多孔板以等效壓降取代；分析收縮通道時則直接採實際之幾何外型進行模擬計算。整理各個條件下之主流道流速、旁通流比率與溫度變化之關係，可推得流量計之輸入流量與晶片溫度差異之間的關係，藉此建立量測依據，並比較各範圍下晶片感測之靈敏度。

目錄 2
圖表目錄 4
摘要 7
第一章 緒論 8
1.1研究背景 8
1.2基礎原理與文獻回顧 9
1.2.1微機電流量計 9
1.2.2旁通型微機電流量計之構造 11
1.2.3 orifice與多孔板等壓降元件 12
1.3研究目的與動機 17
第二章 模型建立與分析方法 25
2.1 模型建立 25
2.1.1 單一多孔板測試模型 25
2.1.2 整理流場3D模型 26
2.2 分析方法 28
2.2.1 計算設定 28
2.2.2 PJ模型之相關設定與可行性 30
第三章 整體計算之前置作業 36
3.1單一多孔板測試結果 36
3.2 曲線耦合以代入等效壓降 36
3.3主流道採用多孔板或orifice之比較 37
第四章 結果與討論 42
4.1主流道採用單一多孔板等效壓降之測試 42
4.2主流道改採Orifice之測試 43
4.3晶片感測區流道之單獨測試 44
4.4晶片區計算結果利用於任一模型 46
第五章 結論 53
參考文獻 54

[1] S. Park, S. Kim, S. Kim, Y. Kim, A flow direction sensor fabricated using MEMS technology and its simple interface circuit, Sensors and Actuators B 91 (2003) 347-352

[2] S.W. Wu, Q. Lin, Y. Yuen, Y.C. Tai, MEMS flow sensors for nano-fluidic applications, Sensors and Actuators A 89 (2001) 152-158

[3] Y. Xu, C.W. Chiu, F. Jiang, Q. Lin, Y.C. Tai, A MEMS multi-sensor chip for gas flow sensing, Sensors and Actuators A 121 (2005) 253-261

[4] A. Petropoulos, D.N. Pagonis, G. Kaltsas, Flexible PCB-
MEMS Flow Sensor, Procedia Engineering 47 ( 2012 ) 236-239

[5] J. Sun, D. Cui, L. Zhang, X. Chen, H. Cai, H. Li, Fabrication and characterization of a double-heater based MEMS thermal flow sensor, Sensors and Actuators A 193 (2013) 25-29

[6] R.A. McAllister, P.H. McGinnis, JR, C.A. Plank, Perforated-plate performance, Chemical Engineering Science 9 (1958) 25-35

[7] B. Sahin, Pressure losses in an isolated perforated plate and jets emerging from the perforated plate, Int. J. Mech. Sci. 31 (1989) 51-61

[8] I.E. Idelchik, Flow resistance : a design guide for engineer, Wiley (1999)

[9] G. Gan, S.B. Riffat, Pressure loss characteristics of orifice and perforated plates, Experimental Thermal and Fluid Science 14 (1997) 160-165

[10] B.Y. Guo, Q.F. Hou, A.B. Yu, L.F. Li, J. Guo, Numerical modeling of the gas flow through perforated plates, Chemical Engineering Research and Design (2012)