微熱板式微氣壓傳感器電熱力耦合分析及測試.pdf

1、隨著微機(jī)械加工技術(shù)和MEMS技術(shù)的快速發(fā)展，微型化成為傳感器發(fā)展的重要方向。采用與標(biāo)準(zhǔn)IC工藝相兼容技術(shù)制作而成的微熱板式微氣壓傳感器由于具有體積小、功耗低、量程寬、熱響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，已成為國內(nèi)外MEMS領(lǐng)域的重要研究方向。本文主要從理論分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、以及性能測試等方面對微熱板式微氣壓傳感器進(jìn)行了研究。主要包括以下內(nèi)容： 用經(jīng)典傳熱理論和稀薄氣體動(dòng)力學(xué)對微熱板式微氣壓傳感器進(jìn)行了電熱理論分析并建立了傳感器電熱理論分析模型；采用有

2、限元分析軟件CoventorWare對三種薄膜厚度分布不同的微熱板進(jìn)行了熱力分析，仿真結(jié)果表明，微熱板結(jié)構(gòu)層薄膜厚度分布的不同會影響微熱板的變形方向；之后，結(jié)合微熱板傳熱理論分析與熱力有限元模擬建立了微熱板式微氣壓傳感器電熱力耦合分析理論模型；采用MATLAB軟件對理論模型計(jì)算求解，研究分析了微氣壓傳感器在恒流、恒溫工作模式下微熱板的熱變形對傳感器耦合信號輸出的影響。 介紹了微熱板式微氣壓傳感器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題，采用ANSYS軟

3、件對懸浮微熱板的三種不同支撐方式作了分析比較。仿真結(jié)果表明，環(huán)形支撐結(jié)構(gòu)微熱板不僅固體熱損耗小，而且能夠有效緩解薄膜材料膨脹引起的熱變形。 針對傳感器動(dòng)態(tài)性能測試的要求，完善了測控系統(tǒng)氣壓自動(dòng)控制算法，設(shè)計(jì)了一種參數(shù)在線自調(diào)整模糊控制器，并實(shí)現(xiàn)氣壓自動(dòng)控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制器具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，穩(wěn)態(tài)誤差小的特點(diǎn)，在整個(gè)氣壓范圍內(nèi)能夠獲得較好的控制效果。另外，開展了微熱板式微氣壓傳感器的測試研究，測試了傳感器在恒電流、恒電壓和恒溫