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高温微型的压力亚博app下载老虎机游戏中心的应用

放大字体??缩小字体 发布日期:2015-10-25??浏览次数:0
?压力亚博app下载老虎机游戏中心是使用最为广泛的一种亚博app下载老虎机游戏中心。传统的压力亚博app下载老虎机游戏中心以机械结构型的器件为主,以弹性元件的形变指示压力,但这种结构尺寸大、质量轻,不能提供电学输出。随着半导体技术的发展,半导体压力亚博app下载老虎机游戏中心也应运而生。其特点是体积小、质量轻、准确度高、温度特性好。特别是随着MEMS技术的发展,半导体亚博app下载老虎机游戏中心向着微型化发展,而且其功耗小、可靠性高。

高温压力亚博app下载老虎机游戏中心是为了解决在高温环境下对各种气体、液体的压力进行测量。主要用于测量锅炉、管道、高温反应容器内的压力、井下压力和各种发动机腔体内的压力、高温油品液位与检测、油井测压等领域。目前,研究比较多的高温压力亚博app下载老虎机游戏中心主要有SOS,SOI,SiO2,Poly2Si等半导体亚博app下载老虎机游戏中心,还有溅射合金薄膜高温压力亚博app下载老虎机游戏中心、高温光纤压力亚博app下载老虎机游戏中心和高温电容式压力亚博app下载老虎机游戏中心等。半导体电容式压力亚博app下载老虎机游戏中心相比压阻式压力亚博app下载老虎机游戏中心其灵敏度高、温度稳定性好、功耗小,且只对压力敏感,对应力不敏感,因此,电容式压力亚博app下载老虎机游戏中心在许多领域得到广泛应用。

1器件的基本组成及制作工艺

硅电容式压力亚博app下载老虎机游戏中心的敏感元件是半导体薄膜,它可以由单晶硅、多晶硅等利用半导体工艺制作而成。典型的电容式亚博app下载老虎机游戏中心由上下电极、绝缘体和衬底构成。当薄膜受压力作用时,薄膜会发生一定的变形,因此,上下电极之间的距离发生一定的变化,从而使电容发生变化。但电容式压力亚博app下载老虎机游戏中心的电容与上下电极之间的距离的关系是非线性关系,因此,要用具有补偿功能的测量电路对输出电容进行非线性补偿。由于高温压力亚博app下载老虎机游戏中心工作在高温环境下,补偿电路会受到环境温度的影响,从而产生较大的误差。基于模型识别的高温压力亚博app下载老虎机游戏中心,正是为了避免补偿电路在高温环境下工作产生较大误差而设计的,其设计方案是把亚博app下载老虎机游戏中心件与放大电路分离,通过模型识别来得到所测环境的压力。高温工作区温度可达350℃。亚博app下载老虎机游戏中心件由铂电阻和电容式压力亚博app下载老虎机游戏中心构成。

其MEMS工艺如下:

高温压力亚博app下载老虎机游戏中心由硅膜片、衬底、下电极和绝缘层构成。其中下电极位于厚支撑的衬底上。电极上蒸镀一层绝缘层。硅膜片则是利用各向异性腐蚀技术,在一片硅片上从正反面腐蚀形成的。上下电极的间隙由硅片的腐蚀深度决定。硅膜片和衬底利用键合技术键合在一起,形成具有一定稳定性的硅膜片电容压力亚博app下载老虎机游戏中心。由于铂电阻耐高温,且对温度敏感,选用铂电阻,既可以当普通电阻使用,又可以作为温度亚博app下载老虎机游戏中心用以探测被测环境的温度。金属铂电阻和硅膜片的参数为:0℃时铂电阻值为1000Ω;电阻率为1.0526316×10-5Ω·cm;密度为21440kg/m3;比热为132.51J/(kg·K)、熔断温度为1769℃,故铂电阻可加工为宽度为0.02mm;厚度为0.2μm;总长度为3800μm,制作成锯齿状,可在幅值为10V的阶跃信号下正常工作。电容式压力亚博app下载老虎机游戏中心的上下电极的间隙为3μm、圆形平板电容上下电极的半径为73μm、其电容值为50pF。

2基于识别技术的模型及其仿真

对于一个系统,其方程式为

UO(s)=G(s)Ui(s),

其中UO(s)和Ui(s)分别为输出和输入信号,当输出、输入信号及系统的阶数已知,可以通过计算机按一定的准则来识别G(s)的模型参数,为模型识别。本文主要阐述应用模型识别的方法来确定处于高温环境下的电容式压力亚博app下载老虎机游戏中心的电容值。

2.1电路模型

基本电路是由一个金属铂电阻和一个电阻式高温压力亚博app下载老虎机游戏中心构成。

金属铂电阻对温度变化敏感,若选用零度时电阻值为1000Ω、温度系数为3851×10-6/℃的铂电阻,其温度变化范围从-50~350℃时,相应的电阻从803.07~2296.73Ω。由电阻的变化可测得环境的温度。压力亚博app下载老虎机游戏中心在不同压力下有不同的电容值,因此,在同一温度下,输入同一交流电压信号时,其输出信号不同。

2.2系统在时域范围的算法

式中UO为输出信号;Ui为输入信号;R为电阻;C为电容;t为时间。

2.3模型识别

基于上述思想,若已知输入、输出信号,可通过曲线拟合及线性回归法得出RC。

拟合参数最大时为5.037×10-8,最大相对误差为0.78%。当温度变化时,金属铂电阻值发生变化,在不同的温度下拟合的电容值和温度的关系。

3结束语

基于模型识别技术的高温微型压力亚博app下载老虎机游戏中心电路简单、工艺成本较低、体积小、可批量生产、准确度高。该亚博app下载老虎机游戏中心避免了电阻式高温压力亚博app下载老虎机游戏中心的自补偿电路在高温环境下工作时热灵敏度漂移引起的误差,也避免了其它电容式高温压力亚博app下载老虎机游戏中心非线性补偿电路在高温环境下工作。该亚博app下载老虎机游戏中心适合在各种高温环境下测量气体或液体的压力。
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