热膜式气体流量传感器是一种面市不久的新型微电子传感器,因其动态响应速度快、功耗低、体积小、易安装等特点,很快在航空、航天、生物医学、汽车、环境监测等领域得到了应用。但一些用户陆续反映,传感器使用一段时间后,其测量精度出现不同程度的下降,带来了流量测量不准或据此进行的后续控制失效的问题,影响了该类传感器的进一步推广和应用,也成了该类传感器的设计和制造企业亟待解决的一个迫切问题。为此,课题围绕造成传感器精度下降的原因及其形成机理、以及相关精度保持技术等开展了理论和试验研究工作。首先,通过试验研究和分析发现了热膜式气体流量传感器精度下降的原因及其主要影响因素。采用超景深三维显微系统测量发现传感器芯片表面附着了一定厚度的微小颗粒物,这是造成传感器精度下降的直接原因。通过特别设计的关键力学因素对比试验,发现芯片表面电场力是造成颗粒吸附堆积的作用力因素。在此基础上的分析表明:带电荷的污染物颗粒在气体中受流场中多种力的作用而悬浮流动,流经传感器芯片表面时,带异电性颗粒物受到芯片产生的电场引力作用而产生被吸附的效应,形成颗粒物污染,使芯片表面对气体流动热摩擦感应灵敏度降低,这是造成传感器精度下降的原因。这些研究结果为后续的理论模型建立和污染防止技术研究奠定了基础。基于气固两相流理论、电场理论等建立了热膜式气体流量传感器芯片表面颗粒物吸附污染模型。为此,将污染物吸附污染过程划分为气体输送、电场吸附和颗粒堆积三个阶段。在气体输送阶段,粘附推力、浮力、压力梯度力、Saffman升力以及重力共同作用形成了颗粒物悬浮输送;在电场吸附阶段,颗粒物流经芯片时受芯片电场力作用产生趋向芯片表面的运动,在电场力作用边界构成的几何曲面内的颗粒才能被吸附,颗粒物在边界内、外是连续的,被电场力吸附的颗粒与流入此曲面内的颗粒物相等,因此,电场吸附的颗粒物数就转换为流入此曲面的颗粒物数,由此克服了电场力作用下颗粒物逐个积分而无法获得结果的困难;在颗粒堆积阶段,依据显微观察到的堆积几何形貌,从理论上给出了颗粒物层状堆积的数学描述。经过逐段推导,获得了气体中颗粒物流过热膜传感器芯片表面时污染物堆积厚度随时间变化的理论模型。为了求解模型,采用密立根法测量了带电颗粒所带电量和极性;从一定时间的污染颗粒厚度实测结果回归分析获得了芯片表面线电荷密度,克服了微电场强度难以直接测量的困难。通过模型发现,污染物颗粒堆积厚度随时间单调递增,增幅与颗粒物浓度、芯片表面电场强度成正比,减少颗粒物浓度、降低芯片表面电场强度都可以在同一时段的条件下显著减少颗粒物堆积的厚度,这为后续芯片抗污染方法研究提供了一种思路。在理论分析和试验的基础上,研究了降低传感器芯片表面污染程度的技术方法。根据理论模型的分析结果,芯片开发制造方对传感器芯片表面结构进行了改进:通过增加加热电阻和测温电阻线条厚度来减小其电阻值,达到降低热膜电阻两端电压的目的,从而减小芯片表面电场强度,减弱对颗粒的吸附能力;实测结果表明芯片表面热膜电阻两端电压降低近似一半后,试验1800h,颗粒物污染堆积厚度由原来的19.208μm减小到6.419μm。采用添加过滤器的方法通过过滤降低气体中颗粒物的浓度,试验结果表明,采用低精度过滤器（过滤等级5.0μm）将气体中粒径大于等于0.1μm的颗粒物的浓度由100μg/m~3降低到28μg/m~3,试验1200h后,其污染物堆积厚度由原来的15.017μm降低为7.935μm;采用高精度过滤器（过滤等级0.01μm）能将粒径大于等于0.1μm的颗粒物浓度降低至0μg/m~3,可以长期保持传感器的测量精度。此外,还研发了一种放置于芯片前端的静电除尘结构,通过预先吸附降低颗粒浓度的方法,达到有效的抗污染效果,实测结果表明,同等条件下,试验600h,采用附面层静电除尘结构后,颗粒物污染堆积厚度由原来的21.531μm降低为12.361μm,相比降低42.59%。本文的研究揭示了热膜式气体流量传感器污染的机理并探索了抗污染的技术方法,这为热膜式气体流量传感器结构改进设计和合理使用提供了基本的科学依据和参考方法,相应成果具有应用前景。