热温差型微流量传感器的温度补偿方法研究

热温差型微流量传感器的性能受多个因素的影响,如环境温度的变化、供电电源的波动、加热电阻的冷却和导线电阻的引入等。通过ANSYS软件对环境温度及加热电阻温度的改变进行了有限元仿真,发现当两者的温度差值为恒定值时,传感器的输出信号偏差较小。从环境温度与加热电阻温度差值恒定的思路出发,结合目前补偿方法存在的不足——导线引入误差、环境温度检测电阻的自热效应使其检测出错误的环境温度、加热电阻受被测流体冷却后使测量发生偏差以及供电电源波动的影响等,提出了一种可行的补偿方案,包括对前端信号采集电路的优化和后续单片机电路的设计,使影响流量传感器测量性能的诸多因素被削弱,且控制也更灵活。通过分析验证,在相同测试条件下,所提出的方法比常用补偿方法的测试精度高出约1.2%,误差为0.2%。     

热温差型微流量传感器热敏电阻自热的补偿方法

分析了热温差型微流量传感器的热敏电阻自热对测量的影响和惠斯通电桥作为前端信号采集电路的不足,提出了相应的解决方法.利用ANSYS软件对热敏电阻自热的各种情况进行了仿真,发现当上下游热敏电阻的功率越接近且值越小时,传感器的输出信号越稳定.从仿真的结论和惠斯通电桥的不足出发,提出了以恒流电路作为信号检测前端电路的方法,不但可以基本消除传感器热敏电阻自热所造成的测量误差,而且改善了由于电源不稳定给传感器测量造成的影响.分析表明,当流速为1 m/s、流道高度为150 μm时,传感器的测量误差降低了1％左右.     

手持式微机械陀螺扫频测试仪的实现

传统微机械陀螺的扫频测试一般采用价格昂贵的通用测试仪,其存在测试成本高、效率低等缺点。设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的手持扫频测试仪,能够自动进行扫频测试并求取被测微机械陀螺的谐振频率与品质因数,通过手动调节直流偏置电压大小的方式进行直流扫频测试,在自身的显示屏上绘制相关特性曲线。采用直接数字合成技术产生交流驱动信号,利用最小二乘拟合算法快速定位谐振频率点的大致位置,可以缩短测试时间、提高测试效率。应用测试表明,手持式微机械陀螺扫频测试仪能够快速、准确地完成微机械陀螺扫频测试,测试结果与传统测试方式吻合很好。     

电阻悬浮的MEMS热膜式气体流量传感器设计

设计了一种新型电阻悬浮结构的热膜式气体流量传感器,具有测量精度高、灵敏度好、抗压能力强、微加工工艺简单等特点。采用ANSYS软件对传感器芯片在不同流速下的温度场进行了有限元仿真,得出了上下游温差与流速的关系曲线。通过比较热膜电阻非悬浮与悬浮时的导热损失和压力分布,得到了将热膜电阻悬浮的流量传感器的性能要优于一般传感器的结论,其灵敏度为一般传感器的3.6倍。分析表明,传感器的响应时间仅为0.17 ms,比一般传感器快了好几倍;流速在0～0.5 m/s和0.5～2.5 m/s时,传感器输出信号都有较好的线性度,使其能够应用于小流量和大流量的测量当中;流道高度为150μm时,流量为0～2.7 L/h。根据工艺条件和仿真结果,确定了传感器芯片的结构尺寸和微加工工艺流程。