热式气体流量传感器是基于传热学原理来测量气体质量流量的一种新型气体流量传感器，由于其机械与电路的结构都很简单，与传统的涡轮流量传感器、旋进旋涡流量传感器、差压式流量传感器、涡街流量传感器等相比具有压损小、精度高、测量范围大、无可动部件以及能够测量极低流速等诸多优点，因而，在气体检测领域发展迅速。

1974年，Van Putten和Middelhoek首次利用标准硅技术制作出硅流量传感器。1980年代以来，微机电系统（micro-electro-mechanical，MEMS）技术的迅速发展为流量传感器提供了技术创新的新条件。经过三十余年的发展，热式气体流量传感器技术得到了长足进展，其敏感元件，从最初的P型扩散电阻发展到今天的薄膜型P型多晶硅和n型多晶硅热电堆；其衬底材料，从硅拓展到聚合物、有机物等材料；其电路结构，从最初的惠斯通电桥发展到能进行温度补偿且包括 A/D转换器在内的复杂电路；其制备工艺，从最初的双极型工艺发展到今天的CMOS和MEMS工艺；器件的功能，也从多芯片实现一维流速测量发展到单芯片实现多维流速和多参数的测量( 同时测量流速、流向、温度、压力等)。

20世纪90年代，随着微加工工艺和微电子工艺的逐步成熟，基于MEMS技术的热式流量传感器逐渐成为主流。目前热式微流量传感器的发展趋势是微型化、高精度并能够分辨气流方向。2003年，J.Xie等人报道了一种基于硅表面加工技术的微流量传感器，其气体流量理论检测下限可达0.2uL/min。2004年S.Kim等人报道了一种可以同时探测流动方向和流量大小的微流量传感器，该传感器通过环形分布的4个感温元件的相对输出差来实现流动方向的检测，最小方向分辨率为5°，最小分辨率为0.5m/s。

一种基于MEMS 技术的热式质量流量传感器(参见图6) 是按照热式流量测量的工作原理、采用微电子机械系统(MEMS) 技术制造的测热型传感器,该微型热式流量传感器包含一个热源和一对测温元件,分别置于相对于热源的两边，见图7。

图6 基于MEMS 技术的热式质量流量传感器

图7 微电子测热型传感器

当热式流量传感器表面接触的气体静止时,热源所建立的热量分布图为以加热元件为中心的正态分布;当气体流动时,流动的气体分子从传感器芯片表面带走的热量使该热源所建立的热量分布图发生偏移,其变化如图8 所示。

图8 热量分布图

在测量的时候,通过测量上下游测温的温度差值,从而确定流体流速。　MEMS 流量传感器芯片具有量程范围宽、响应速度快、灵敏度高、功耗低、接近零始动等优异性能。而且,具备以下特点:

　·体积微小,对流场的压力分布无影响,没有压力损耗,无需温度补偿,传感器直接输出电信号。

　·热源微小,无气体流动时,不会造成气体的对流,具有优良的零点稳定性。

·采用大规模集成电路的生产方式制造,具有高度的一致性和可靠性,便于校准和维护。

　    基于MEMS 技术的热式质量流量传感器,将微电子、微机械技术功能要求的发热元件、测温元件和发明专利保护的测量方法都集成在传感器芯片上,是微米结构元件的新型传感器。基于热学原理,采用微米级的元件产生热源和排列测量元件,精确测量气体分子流动时从芯片表面带走的微小热量和在芯片表面的微小空间里的热场分布变化,直接转换为毫伏级电压输出信号,计算出气体的质量流量。