FEM-basierte Entwicklung miniaturisierter 1D und 2D Strömungssensoren

Mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) wurden miniaturisierte Sensoren für 1D und 2D Strömungen entwickelt. Die Sensoren wenden das kalorimetrische Umsetzungsprinzip an und basieren auf Temperaturfühlern aus amorphem Germanium. Bei 1D-Sensoren werden vier solche Thermistoren und ein Heizer in eine dünne Membran eingebettet. Die Brückenkonfiguration der Thermistoren beseitigt weitgehend die starke Abhängigkeit der Konversion von Umgebungstemperaturschwankungen. Werden zwei aktive Elemente des 1D Sensors orthogonal zu einander in einer Membran angeordnet, so erhält man einen 2D-Sensor, der neben Geschwindigkeit auch die tangentiale Strömungsrichtung parallel zur Membranebene bestimmen kann. Die FEM-Simulationen erlauben die Bestimmung der optimalen Größe und Lage der Membranelemente. Das Resultat ist ein Sensorlayout mit vernachlässigbar kleinem Winkel- bzw. Betragsfehler.