压力传感器结构设计与特性仿真
压力传感器结构设计与特性仿真
发表时间：2019-01-02T16:17:06.307Z 来源：《知识-力量》2019年3月中作者：胡媛元杜西亮
[导读] 本文设计了一种压阻式压力传感器，利用薄膜力学、挠度理论等相关知识分别计算出两种结构的最佳尺寸以及可以达到的最大理论应力，设计出一种双岛-梁膜结构。
（黑龙江大学，黑龙江哈尔滨 150000）
摘要：本文设计了一种压阻式压力传感器，利用薄膜力学、挠度理论等相关知识分别计算出两种结构的最佳尺寸以及可以达到的最大理论应力，设计出一种双岛-梁膜结构。用ANSYS有限元仿真软件静态仿真得到该结构可达到的最大应力为404.73MPa、最大位移为8.543μm，经分析该双岛-梁膜结构的灵敏度较高，并用控制变量法优化双岛-梁膜结构的尺寸。
关键词：压力传感器；灵敏度；双岛梁膜；ANSYS仿真
1.前言
MEMS压阻式压力传感器属于微型传感器的范畴，它广泛应用于汽车工业领域、航空航天领域及生物医疗领域。压阻式压力传感器以其高灵敏度、良好的线性度及可重复性而著名。压力传感器是整个传感装置领域消费数量最多、使用最广泛的器件之一，尤其是在工业自动化、环境保护和医疗器械等领域应用时，对传感器性能如灵敏度、线性度具有迫切的需求。因此，研究更高性能的微压力传感器具有重要意义。
2.压阻式压力传感器理论分析与结构设计
压阻式压力传感器的工作原理主要是利用半导体材料如硅、锗的压阻效应。压阻效应是指当半导体材料在某个方向上受到外界应力的作用时，引起其材料内部能带结构发生变化，能谷的能量振动，将带来载流子相对能量的变化，从而使半导体电阻率发生一定变化。
压阻式压力传感器的测量方法是将作用在弹性膜片上的压力转化为膜片的应变，应变将造成膜片上电阻值的变化。一般需将电阻的变化转化为电压的变化，并采用惠斯通电桥来测量这种变化。
3.优化结构的设计与仿真
3.1 双岛-梁膜结构设计
优化结构采用双岛-梁膜结构，在厚硅梁背面有两个岛，在该结构的前面，一个硅梁跨越硅岛并将硅膜分成两个对称的部分。在双岛-梁膜结构压力传感器中，双岛把应力集中到两岛之间以及岛与边框间极窄的膜区中，然后通过膜与梁的复合，将应力进一步集中到梁区。按照设计好的尺寸在ANSYS有限元分析软件中画出硅杯模型，并在硅膜表面施加200kPa的压力，进行静态仿真，得到应力云图、应变云图及位移云图后，分析出灵敏度的变化。然后找到应力最大的位置，放置压敏电阻，最后计算出双岛-梁膜结构的灵敏度。
3.2 压敏电阻设计
为了使电阻更大程度地处在应力集中的位置，将电阻设计成折弯形状，一般压敏电阻的单位表面积最大功耗为Pmax=5 10-3mW/μm2,尤其是当电阻条上覆盖着钝化膜时，更应该减小最大功耗。采用折弯型电阻，将其分成每段为150μm的四段，由于折弯电阻的末端靠近引线接触孔，所以会降低电阻的阻值，为了减小两端的负阻效应，通常使用硼注入或金属条连接。因此，电阻条长度为150μm，拐角端处尺寸为40μm，相邻电阻条间距为30μm，中间过渡宽度也为30μm，扩散结深为2μm。当压阻式压力传感器处于一定的压力下，为了得到最大的电压输出，膜的设计应尽可能大些，电阻的放置要尽可能合理。根据压敏电阻的分析过程，设计好压敏电阻尺寸。
压敏电阻应该放置在压阻系数最大的晶面上与应力最大的位置，此时可得到最大输出电压。所以，四个P型硅压敏电阻放置在（100）晶面的<110>晶向上，此时压阻系数最大。通过应力分布曲线，可以清晰找到应力最大值的位置，即大致在薄膜边缘中点处和两岛中间处。
3.3 参数改变后的仿真结果
现在通过控制变量法改变中间小梁的宽度，两岛间距固定为1000μm，观察应力最大位置的纵横应力差绝对值以及最大形变的变化。仿真结果如图(a)、图(b)所示。可以看出，随着小梁宽度的增加，中间应力差、边缘应力差均下降，而应力差越小，输出电压越小，灵敏度越低，所以在充分考虑到折弯电阻条的尺寸后，初步选择小梁宽度为100μm。
通过改变两岛间距这一变量，找到灵敏度与两岛间距的关系。小梁宽度固定为100μm，只改变两岛之间距离。仿真结果如图(c)所示，得到了不同两岛间距纵横应力差绝对值分布曲线。随着中间小梁宽度变化中间应力差、边缘应力差、最大形变的关系曲线如图(d)所示。可以看出两岛间距对纵横应力差影响不显著，且最大形变值相近，即灵敏度、线性度相近，但比较最大应力值，两岛间距为1000μm时最大应力为404.73MPa，所以，选择两岛间距为1000μm，小梁宽度为100μm时，灵敏度最高，线性度较好。
4.优化后的结构尺寸
该双岛-梁膜结构的尺寸为：E型硅杯为4000 4000 540μm，薄膜尺寸为3000 3000 40μm，大岛为300 300 150μm，小岛为150 150
30μm，中间小梁宽度为100μm，大梁为1300 1500 60μm，两岛间距为1000μm。
5.结语
本文提出了双岛-梁膜结构，理论得出了该结构的理想尺寸为：E型硅杯为4000 4000 540μm，薄膜尺寸为3000 3000 40μm，大岛为300
常用压力传感器原理分析
常用压力传感器原理分析 振膜式谐振压力传感器 振膜式压力传感器结构如图(a)所示。振膜为一个平膜片，且与环形壳体做成整体结构，它和基座构成密封的压力测量室，被测压力 p经过导压管进入压力测量室内。参考压力室可以通大气用于测量表压，也可以抽成真空测量绝压。装于基座顶部的电磁线圈作为激振源给膜片提供激振力，当激振 频率与膜片固有频率一致时，膜片产生谐振。没有压力时，膜片是平的，其谐振频率为 f0；当有压力作用时，膜片受力变形，其张紧力增加，则相应的谐振频率也随之增加，频率随压力变化且为单值函数关系。 在膜片上粘贴有应变片，它可以输出一个与谐振频率相同的信号。此信号经放大器放大后，再反馈给激振线圈以维持膜片的连续振动，构成一个闭环正反馈自激振荡系统。如图(b)所示 压电式压力传感器 某些电介质沿着某一个方向受力而发生机械变形(压缩或伸长)时，其内部将发生极化现象，而在其某些表面上会产生电荷。当外力去掉后，它又会重新回到不带电 的状态，此现象称为“压电效应”。常用的压电材料有天然的压电晶体(如石英晶体)和压电陶瓷(如钛酸钡)两大类，它们的压电机理并不相同，压电陶瓷是人造 多晶体，压电常数比石英晶体高，但机械性能和稳定性不如石英晶体好。它们都具有较好特性，均是较理想的压电材料。 压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应将被测压力转换为电信号的。由压电材料制成的压电元件受到压力作用时产生的电荷量与作用力之间呈线性关系： Q=kSp 式中 Q为电荷量；k为压电常数；S为作用面积；p为压力。通过测量电荷量可知被测压力大小。 图1为一种压电式压力传感器的结构示意图。压电元件夹于两个弹性膜片之间，压电元件的一个侧面与膜片接触并接地，另一侧面通过引线将电荷量引出。被测压力 均匀作用在膜片上，使压电元件受力而产生电荷。电荷量一般用电荷放大器或电压放大器放大，转换为电压或电流输出，输出信号与被测压力值相对应。 除在校准用的标准压力传感器或高精度压力传感器中采用石英晶体做压电元件外，一般压电式压力传感器的压电元件材料多为压电陶瓷，也有用高分子材料(如聚偏二氟乙稀)或复合材料的合成膜的。
大型齿轮箱结构设计与分析虚拟仿真实验
线上虚拟仿真实习报告 一、实验目的： 大型齿轮箱集成度高、结构复杂、性能要求高，受资金、场地的限制,实物实验成本高、箱体内部结构不易见、动态运行参数不易测，难以开展系统级传动系统结构设计能力训练。依托重庆大学机械工程双一流学科、机械传动国家重点实验室和国家级机械基础实验教学示范中心、机械基础及装备制造国家虚拟仿真实验教学中心等国家级教学科研平台，与行业、企业合作共建、共享，将国家级科研成果转化为实验教学内容，充分运用信息技术开展虚拟仿真实验教学，有效解决了教学难题，提升学生机械传动系统综合设计能力和解决复杂工程问题的能力，满足产业发展对人才知识结构需求。 实验目的： （1）通过交互式减速箱结构分析实验软件，了解减速器箱体内部结构，学习掌握减速器箱体结构如何综合设计满足功能要求、强度刚度要求、加工工艺要求、装配定位要求，学习减速器辅助部件的选择和设计； （2）通过学习在线学习环节，学习应用现代先进设计方法和手段进行机械传动系统性能仿真分析的方法，了解传动系统参数对机械传动系统性能的影响，学习机械传动系统零部件强度和疲劳寿命分析的方法； （3）通过工程案例虚拟仿真分析和虚拟装配实验环节，了解工程问题的复杂性，学习和掌握机械传动系统综合设计能力和解决复杂工程问题的能力。 （4）根据教师发布的创新应用题目，进行机械传动系统方案设计和评估，获得满足要求的机械传动系统设计方案。 二、实验原理： 实验教学系统采用交互式虚拟仿真实验软件与工程软件的集成，学生从交互式减速器结构认知到复杂齿轮箱工程案例分析实践，训练机械传动系统设计分析能力，实现知识与能力渐进提升。
按照机械传动系统设计认知规律，构建了层次化、模块化的实验教学系统：从减速器结构分析→单级圆柱齿轮减速器虚拟仿真分析→双级圆柱齿轮减速器虚拟仿真分析→复杂工程案例虚拟装配→复杂工程案例仿真分析。 减速器结构分析模块：通过问题导向，学习齿轮箱箱体结构如何满足功能要求、强度刚度要求、加工工艺要求、装配定位要求。了解轴系结构和功能特点，油面指示器、放油孔、定位销、吊装、加强筋、密封部件等辅助部件的选择和设计。 单级圆柱齿轮减速器虚拟仿真分析模块：建立单级圆柱齿轮减速器分析模型，并进行齿轮、轴的受力、应力、接触斑点、轴承的损伤分析，为二级圆柱齿轮分析奠定基础。此模块用于非机类、近机类专业的实验教学。 双级圆柱齿轮减速器虚拟仿真分析模块：建立双级圆柱齿轮减速器分析模型，并进行齿轮、轴的受力、应力、接触斑点、错位量、轴承的损伤分析，齿轮修形、箱体的变形影响分析，为工程问题求解奠定基础。此模块用于机类、近机类专业的实验教学。 工程案例虚拟装配模块：以2MW风电机组齿轮箱对象，通过交互装配练习，使学生熟悉轴系结构的装配顺序和装配工艺，拓宽学生的思路，丰富学生的知识储备。 工程案例仿真分析模块：通过问题导向，对 2MW风电机组齿轮箱工程案例，完成仿真分析，获得润滑油温升与轴承油膜厚度的关系、各轴承的损伤度分析、部件（齿轮、轴承和轴）的错位量、耐久性、箱体的变形对传动系统性能的影响。 本实验对象为机类、近机类、非机类专业大三学生，教师可以根据不同的教学要求进行模块组合，实验内容可拓展，柔性好，有效提升了实验效果。 三、实验仪器（装置或软件等）： 减速器结构分析虚拟实验软件 ROMAX机械传动系统性能分析软件
轿车雨刮器结构设计与运动仿真
摘要 汽车雨刮器，是一个很小却又不容忽视的汽车部件，它能擦亮汽车的挡风玻璃，使司机的视线更加清晰。其功能是将玻璃上的雨水、尘埃、泥污刮净，以获得清晰的视野，保证行车安全。有的国家已将雨刮器的技术状态列入车辆年检项目。 本设计要求进行轿车雨刮器部件尺寸的设计，求解刮扫面积，电机选型，电路分析，利用ADAMS软件进行运动分析，获得运动的轨迹和速度，并用Pro/E绘出三维模型。 运用三维建模软件Pro/E与动力学仿真软件ADAMS建立雨刮器模型，并进行运动仿真，分析雨刮器的运动曲线，对雨刮器做进一步的设计，力求使刮刷区域进一步增大，为生产实际提供理论参考。 关键词：雨刮器；间歇电路控制；虚拟设计；ADAMS；Pro/E
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传感器的种类及特性分析
一、传感器地特性 ()传感器地动态性.动特性是指传感器对随时间变化地输入量地响应特性.动态特性输入信号变化时，输出信号随时间变化而相应地变化，这个过程称为响应.传感器地动态特性是指传感器对随时间变化地输入量地响应特性.动态特性好地传感器，当输入信号是随时间变化地动态信号时，传感器能及时精确地跟踪输入信号，按照输入信号地变化规律输出信号.当传感器输入信号地变化缓慢时，是容易跟踪地，但随着输入信号地变化加快，传感器地及时跟踪性能会逐渐下降.通常要求传感器不仅能精确地显示被测量地大小，而且还能复现被测量随时间变化地规律，这也是传感器地重要特性之一.文档来自于网络搜索()传感器地线性度.通常情况下，传感器地实际静态特性输出是条曲线而非直线.在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度地读数，常用一条拟合直线近似地代表实际地特性曲线、线性度(非线性误差)就是这个近似程度地一个性能指标.拟合直线地选取有多种方法.如将零输入和满量程输出点相连地理论直线作为拟合直线;或将与特性曲线上各点偏差地平方和为最小地理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线.文档来自于网络搜索()传感器地灵敏度.灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△对输入量变化△地比值.它是输出一输入特性曲线地斜率.如果传感器地输出和输入之间显线性关系，则灵敏度是一个常数.否则，它将随输入量地变化而变化.灵敏度地量纲是输出、输入量地量纲之比.例如，某位移传感器，在位移变化时，输出电压变化为,则其灵敏度应表示为.当传感器地输出、输入量地量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数.文档来自于网络搜索()传感器地稳定性.稳定性表示传感器在一个较长地时间内保持其性能参数地能力.理想地情况是不论什么时候，传感器地特性参数都不随时间变化.但实际上，随着时间地推移，大多数传感器地特性会发生改变.这是因为敏感器件或构成传感器地部件，其特性会随时间发生变化，从而影响传感器地稳定性.文档来自于网络搜索 ()传感器地分辨力.分辨力是指传感器可能感受到地被测量地最小变化地能力.也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化.当输入变化值未超过某一数值时，传感器地输出不会发生变化，即传感器对此输入量地变化是分辨不出来地.只有当输入量地变化超过分辨力时，其输出才会发生变化.通常传感器在满量程范围内各点地分辨力并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化地输入量中地最大变化值作为衡量分辨力地指标.上述指标若用满量程地百分比表示，则称为分辨率.文档来自于网络搜索 ()传感器地迟滞性.迟滞特性表征传感器在正向(输入量增大)和反向(输入量减小)行程间输出输入特性曲线不一致地程度，通常用这两条曲线之间地最大差值△与满量程输出·地百分比表示.迟滞可由传感器内部元件存在能量地吸收造成.文档来自于网络搜索()传感器地重复性.重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线不一致地程度.各条特性曲线越靠近，说明重复性越好，随机误差就越小.如图所示为输出特性曲线地重复特性，正行程地最大重复性偏差为.反行程地最大重复性偏差为.取这两个最大偏差中地较大者为,再以其占满量程输出地百分数表示，就是重复误差，即一士×()重复性是反映传感器精密程度地重要指标.同时，重复性地好坏也与许多随机因素有关，它属于随机误差，要用统计规律来确定.文档来自于网络搜索 二、常见地传感器种类 .电阻式传感器 电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样地一种器件.主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件.文档来自于网络搜索 .变频功率传感器 变频功率传感器通过对输入地电压、电流信号进行交流采样，再将采样值通过电缆、光
MEMS压力传感器原理与应用.
MEMS压力传感器原理与应用 摘要：简述MEMS压力传感器的结构与工作原理，以及应用技术，MEMS压力传感器Die的设计、生产成本分析，从系统应用到销售链。 关键词：MEMS压力传感器 惠斯顿电桥 硅薄膜应力杯 硅压阻式压力传感器硅电容式压力传感器 MEMS（微电子机械系统）是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。 MEMS压力传感器可以用类似集成电路（IC）设计技术和制造工艺，进行高精度、低成本的大批量生产，从而为消费电子和工业过程控制产品用低廉的成本大量使用MEMS传感器打开方便之门，使压力控制变得简单易用和智能化。传统的机械量压力传感器是基于金属弹性体受力变形，由机械量弹性变形到电量转换输出，因此它不可能如MEMS压力传感器那样做得像IC那么微小，成本也远远高于MEMS压力传感器。相对于传统的机械量传感器，MEMS压力传感器的尺寸更小，最大的不超过1cm，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。 MEMS压力传感器原理 目前的MEMS压力传感器有硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器，两者 都是在硅片上生成的微机械电子传感器。 硅压阻式压力传感器是采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的，具有较高的测量精度、较低的功耗，极低的成本。惠斯顿电桥的压阻式传感器，如无压力变化，其输出为零，几乎不耗电。其电原理如图1所示。硅压阻式压力传感器其应变片电桥的光刻版本如图2。 MEMS硅压阻式压力传感器采用周边固定的圆形的应力杯硅薄膜内壁，采用MEMS技术直接将四个高精密半导体应变片刻制在其表面应力最大处，组成惠斯顿测量电桥，作为力电变换测量电路，将压力这个物理量直接变换成电量，其测量精度能达0.01%～0.03%FS。硅压阻式压力传感器结构如图3所示，上下二层是玻璃体，中间是硅片，硅片中部做成一应力杯，其应力硅薄膜上部有一真空
结构设计运动仿真分析
结构设计运动仿真分析 招生对象 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 参与运动机构设计的相关工程师和研发人员。 【主办单位】中国电子标准协会 【咨询热线】0 7 5 5 – 2 6 5 0 6 7 5 7 1 3 7 9 8 4 7 2 9 3 6 李生【报名邮箱】martin#https://www.360docs.net/doc/6717798382.html, （请将#换成@） 课程内容 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 课程背景 本课程是讲述计算机仿真技术在运动机构设计中的应用。 培训对象 参与运动机构设计的相关工程师和研发人员。 培训目的 1. 掌握结构仿真的基本理论 2. 掌握结构仿真软件的建模与导入CAD模型 3. 具备分析运动机构动力学问题的能力 课程时长 18课时（6课时/天） 课程大纲 1. 结构仿真基础 1.1 结构仿真的分类与用途 1.2 运动机构中涉及的结构仿真 1.3 本培训中涉及的基础理论 2. 运动机构模型的建立 2.1 导入CAD模型 2.2 CAE软件内几何建模 2.3 部件材料和属性 2.4 部件连接的处理 2.5 模型简化策略 2.6 模型修改
2.7 参数化建模 3. 运动机构模型的计算 3.1 载荷与边界条件 3.2 求解设置 3.3 提交计算 4. 计算结果分析 4.1 导入结果 4.2 查看云图数据 4.3 查看曲线数据 5. 应用实例讲解 6. 上机操作 讲师介绍 －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 郭老师 承担主要项目: 1. 家用空调仿真实验室。用培训加项目实战的方式，为海尔创建仿真实验室。 2. 垂直轴风力发电机结构强度校核。对垂直轴风力发电机进行强度和振动分析。 3. 止回阀性能验证。对核电厂风道中的止回阀进行安全性验证。 4. 瓶盖开裂分析。分析并解决市场上瓶盖开裂的问题。 5. 商用空调海运外损分析。分析大型商用空调海运变形的原因，并进行结构加强。 6. 燃气热水器包装设计。为美的进行包装优化设计，解决跌落测试难题。 7. 波轮/滚筒洗衣机包装设计。为海尔洗衣机进行优化设计，完成降低外损和成本的目标。************************************************** 【温馨提示】：本公司竭诚为企业提供灵活定制化的内部培训和顾问服务，培训内容可根据客户的需要灵活设计，企业内部培训人数不受限制，培训时间由企业灵活制定。顾问服务由中国电子标准协会顶尖顾问服务团队组成，由专人全程跟进，签约型绩效考核顾问服务效果，迅速全面提升企业工艺技术水平、产品质量及可靠性、成本节约！
压力传感器 HX711 程序
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P1=date; delay(10); lcden=1; delay(5); lcden=0; } void display() { ulongtamp,zhl; if(zhl>0||zhl<16777216)//进行判断是否满足条件 { tamp=((zhl*298)/100000)-24714;//进行AD转换计算 shiqian=tamp/10000; //进行计算 qian=tamp%10000/1000; bai=tamp%10000%1000/100; shi=tamp%10000%1000%100/10; ge=tamp%10000%1000%100%10; write_com(0x80+0x05); //表示使用哪个1602中的地址显示 write_data(table[shiqian]); // 显示值 delay(50); write_com(0x80+0x06); //表示使用哪个1602中的地址显示 write_data(table[qian]); // 显示值 delay(50); //延时，主要是用来解决显示屏是否忙还是不忙 write_com(0x80+0x07); write_data(table1[0]); delay(50); write_com(0x80+0x08); write_data(table[bai]); delay(50); write_com(0x80+0x09); write_data(table[shi]); delay(50); write_com(0x80+0x0A); write_data(table[ge]);
压力传感器结构设计与特性仿真
压力传感器结构设计与特性仿真 发表时间：2019-01-02T16:17:06.307Z 来源：《知识-力量》2019年3月中作者：胡媛元杜西亮 [导读] 本文设计了一种压阻式压力传感器，利用薄膜力学、挠度理论等相关知识分别计算出两种结构的最佳尺寸以及可以达到的最大理论应力，设计出一种双岛-梁膜结构。 （黑龙江大学，黑龙江哈尔滨 150000） 摘要：本文设计了一种压阻式压力传感器，利用薄膜力学、挠度理论等相关知识分别计算出两种结构的最佳尺寸以及可以达到的最大理论应力，设计出一种双岛-梁膜结构。用ANSYS有限元仿真软件静态仿真得到该结构可达到的最大应力为404.73MPa、最大位移为8.543μm，经分析该双岛-梁膜结构的灵敏度较高，并用控制变量法优化双岛-梁膜结构的尺寸。 关键词：压力传感器；灵敏度；双岛梁膜；ANSYS仿真 1.前言 MEMS压阻式压力传感器属于微型传感器的范畴，它广泛应用于汽车工业领域、航空航天领域及生物医疗领域。压阻式压力传感器以其高灵敏度、良好的线性度及可重复性而著名。压力传感器是整个传感装置领域消费数量最多、使用最广泛的器件之一，尤其是在工业自动化、环境保护和医疗器械等领域应用时，对传感器性能如灵敏度、线性度具有迫切的需求。因此，研究更高性能的微压力传感器具有重要意义。 2.压阻式压力传感器理论分析与结构设计 压阻式压力传感器的工作原理主要是利用半导体材料如硅、锗的压阻效应。压阻效应是指当半导体材料在某个方向上受到外界应力的作用时，引起其材料内部能带结构发生变化，能谷的能量振动，将带来载流子相对能量的变化，从而使半导体电阻率发生一定变化。 压阻式压力传感器的测量方法是将作用在弹性膜片上的压力转化为膜片的应变，应变将造成膜片上电阻值的变化。一般需将电阻的变化转化为电压的变化，并采用惠斯通电桥来测量这种变化。 3.优化结构的设计与仿真 3.1 双岛-梁膜结构设计 优化结构采用双岛-梁膜结构，在厚硅梁背面有两个岛，在该结构的前面，一个硅梁跨越硅岛并将硅膜分成两个对称的部分。在双岛-梁膜结构压力传感器中，双岛把应力集中到两岛之间以及岛与边框间极窄的膜区中，然后通过膜与梁的复合，将应力进一步集中到梁区。按照设计好的尺寸在ANSYS有限元分析软件中画出硅杯模型，并在硅膜表面施加200kPa的压力，进行静态仿真，得到应力云图、应变云图及位移云图后，分析出灵敏度的变化。然后找到应力最大的位置，放置压敏电阻，最后计算出双岛-梁膜结构的灵敏度。 3.2 压敏电阻设计 为了使电阻更大程度地处在应力集中的位置，将电阻设计成折弯形状，一般压敏电阻的单位表面积最大功耗为Pmax=5 10-3mW/μm2,尤其是当电阻条上覆盖着钝化膜时，更应该减小最大功耗。采用折弯型电阻，将其分成每段为150μm的四段，由于折弯电阻的末端靠近引线接触孔，所以会降低电阻的阻值，为了减小两端的负阻效应，通常使用硼注入或金属条连接。因此，电阻条长度为150μm，拐角端处尺寸为40μm，相邻电阻条间距为30μm，中间过渡宽度也为30μm，扩散结深为2μm。当压阻式压力传感器处于一定的压力下，为了得到最大的电压输出，膜的设计应尽可能大些，电阻的放置要尽可能合理。根据压敏电阻的分析过程，设计好压敏电阻尺寸。 压敏电阻应该放置在压阻系数最大的晶面上与应力最大的位置，此时可得到最大输出电压。所以，四个P型硅压敏电阻放置在（100）晶面的<110>晶向上，此时压阻系数最大。通过应力分布曲线，可以清晰找到应力最大值的位置，即大致在薄膜边缘中点处和两岛中间处。 3.3 参数改变后的仿真结果 现在通过控制变量法改变中间小梁的宽度，两岛间距固定为1000μm，观察应力最大位置的纵横应力差绝对值以及最大形变的变化。仿真结果如图(a)、图(b)所示。可以看出，随着小梁宽度的增加，中间应力差、边缘应力差均下降，而应力差越小，输出电压越小，灵敏度越低，所以在充分考虑到折弯电阻条的尺寸后，初步选择小梁宽度为100μm。 通过改变两岛间距这一变量，找到灵敏度与两岛间距的关系。小梁宽度固定为100μm，只改变两岛之间距离。仿真结果如图(c)所示，得到了不同两岛间距纵横应力差绝对值分布曲线。随着中间小梁宽度变化中间应力差、边缘应力差、最大形变的关系曲线如图(d)所示。可以看出两岛间距对纵横应力差影响不显著，且最大形变值相近，即灵敏度、线性度相近，但比较最大应力值，两岛间距为1000μm时最大应力为404.73MPa，所以，选择两岛间距为1000μm，小梁宽度为100μm时，灵敏度最高，线性度较好。 4.优化后的结构尺寸 该双岛-梁膜结构的尺寸为：E型硅杯为4000 4000 540μm，薄膜尺寸为3000 3000 40μm，大岛为300 300 150μm，小岛为150 150 30μm，中间小梁宽度为100μm，大梁为1300 1500 60μm，两岛间距为1000μm。 5.结语 本文提出了双岛-梁膜结构，理论得出了该结构的理想尺寸为：E型硅杯为4000 4000 540μm，薄膜尺寸为3000 3000 40μm，大岛为300
传感器与检测技术第3章 传感器基本特性参考答案
第3章传感器基本特性 一、单项选择题 1、衡量传感器静态特性的指标不包括（）。 A. 线性度 B. 灵敏度 C. 频域响应 D. 重复性 2、下列指标属于衡量传感器动态特性的评价指标的是（）。 A. 时域响应 B. 线性度 C. 零点漂移 D. 灵敏度 3、一阶传感器输出达到稳态值的50%所需的时间是（）。 A. 延迟时间 B. 上升时间 C. 峰值时间 D. 响应时间 4、一阶传感器输出达到稳态值的90%所需的时间是（）。 A. 延迟时间 B. 上升时间 C. 峰值时间 D. 响应时间 5、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（） A．线性度、灵敏度、阻尼系数 B．幅频特性、相频特性、稳态误差 C．迟滞、重复性、漂移 D．精度、时间常数、重复性 6、传感器的下列指标全部属于动态特性的是（） A．迟滞、灵敏度、阻尼系数 B．幅频特性、相频特性 C．重复性、漂移 D．精度、时间常数、重复性 7、不属于传感器静态特性指标的是（） A．重复性 B．固有频率 C．灵敏度 D．漂移 8、对于传感器的动态特性，下面哪种说法不正确（） A．变面积式的电容传感器可看作零阶系统 B．一阶传感器的截止频率是时间常数的倒数 C．时间常数越大，一阶传感器的频率响应越好 D．提高二阶传感器的固有频率，可减小动态误差和扩大频率响应范围9、属于传感器动态特性指标的是（） A．重复性 B．固有频率 C．灵敏度 D．漂移
10、无论二阶系统的阻尼比如何变化，当它受到的激振力频率等于系统固有频率时，该系统的位移与激振力之间的相位差必为（） A. 0° B.90° C.180° D. 在0°和90°之间反复变化的值 11、传感器的精度表征了给出值与( )相符合的程度。 A.估计值 B.被测值 C.相对值 D.理论值 12、传感器的静态特性，是指当传感器输入、输出不随( )变化时，其输出-输入的特性。 A.时间 B.被测量 C.环境 D.地理位置 13、非线性度是测量装置的输出和输入是否保持( )关系的一种度量。 A.相等 B.相似 C.理想比例 D.近似比例 14、回程误差表明的是在( )期间输出-输入特性曲线不重合的程度。 A.多次测量 B.同次测量 C.正反行程 D.不同测量 =秒的一阶系统，当受到突变温度作用后，传感器输15、已知某温度传感器为时间常数τ3 出指示温差的三分之一所需的时间为（）秒 A．3 B．1 C． 1.2 D．1/3 二、多项选择题 1．阶跃输入时表征传感器动态特性的指标有哪些？（） A.上升时间 B.响应时间 C.超调量 D.重复性 2．动态响应可以采取多种方法来描述，以下属于用来描述动态响应的方法是：（） A.精度测试法 B.频率响应函数 C.传递函数 D.脉冲响应函数 3. 传感器静态特性包括许多因素，以下属于静态特性因素的有（）。 A．迟滞 B.重复性 C.线性度 D.灵敏度 4. 传感器静态特性指标表征的重要指标有：（） A.灵敏度 B.非线性度 C.回程误差 D.重复性 5．一般而言，传感器的线性度并不是很理想，这就要求使用一定的线性化方法，以下属于线性化方法的有:（） A.端点线性 B.独立线性 C.自然样条插值 D.最小二乘线性 三、填空题 1、灵敏度是传感器在稳态下对的比值。 2、系统灵敏度越，就越容易受到外界干扰的影响，系统的稳定性就越。 3、是指传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。 4、要实现不失真测量，检测系统的幅频特性应为，相频特性应为。
传感器仿真软件使用说明书
传感器仿真软件使用说明 书 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
THSRZ-2型传感器系统综合实验装置仿真软件使用说明书THSRZ-2型传感器系统综合实验装置仿真软件 ................. 错误!未定义书签。 实验一属箔式应变片――单臂电桥性能实验。 ................. 错误!未定义书签。 实验二金属箔式应变片――半桥性能实验 ......................... 错误!未定义书签。 实验三金属箔式应变片――全桥性能实验 ......................... 错误!未定义书签。 实验四直流全桥的应用――电子秤实验 ............................. 错误!未定义书签。 实验五交流全桥的应用――振动测量实验 ......................... 错误!未定义书签。 实验六扩散硅压阻压力传感器差压测量实验 ..................... 错误!未定义书签。 实验七差动变压器的性能实验 ............................................. 错误!未定义书签。 实验八动变压器零点残余电压补偿实验 ............................. 错误!未定义书签。 实验九励频率对差动变压器特性的影响实验 ..................... 错误!未定义书签。 实验十差动变压器的应用――振动测量实验 ..................... 错误!未定义书签。 实验十一电容式传感器的位移特性实验 ............................. 错误!未定义书签。 实验十二容传感器动态特性实验 ......................................... 错误!未定义书签。 实验十三直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验 ......... 错误!未定义书签。 实验十四流激励时霍尔式传感器的位移特性实验 ............. 错误!未定义书签。 实验十五霍尔测速实验 ......................................................... 错误!未定义书签。 实验十六霍尔式传感器振动测量实验 ................................. 错误!未定义书签。 实验十七磁电式转速传感器的测速实验 ............................. 错误!未定义书签。 实验十八压电式传感器振动实验 ......................................... 错误!未定义书签。 实验十九电涡流传感器的位移特性实验 ............................. 错误!未定义书签。 实验二十被测体材质、面积大小对电涡流传感器的特性影响实验错误!未定义书签。 实验二十一电涡流传感器测量振动实验 ............................. 错误!未定义书签。 实验二十二光纤传感器的位移特性实验 ............................. 错误!未定义书签。 实验二十三光纤传感器的测速实验 ..................................... 错误!未定义书签。 实验二十四光纤传感器测量振动实验 ................................. 错误!未定义书签。 实验二十五光电转速传感器的转速测量实验 ..................... 错误!未定义书签。 实验二十六 PT100温度控制实验 .......................................... 错误!未定义书签。 实验二十七集成温度传感器的温度特性实验 ..................... 错误!未定义书签。 实验二十八铂电阻温度特性实验 ......................................... 错误!未定义书签。 实验二十九热电偶测温实验 ................................................. 错误!未定义书签。 实验三十 E型热电偶测温实验 .......................................... 错误!未定义书签。 实验三十一热电偶冷端温度补偿实验 ................................. 错误!未定义书签。 实验三十二气敏传感器实验 ................................................. 错误!未定义书签。 实验三十三湿敏传感器实验 ................................................. 错误!未定义书签。 实验三十四转速控制实验 ..................................................... 错误!未定义书签。
压力传感器提升抗干扰性的方法
尤其是压电式压力传感器和电容式压力传感器很容易受干扰。压力传感器抗干扰措施一般从结构上下手。智能压力传感器还可以从软件上着手解决。 改进压力传感器的结构，在一定程度上可避免干扰的引入，可有如下途径：将信号处理电路与传感器的敏感元件做成一个整体，即一体化。这样，需传输的信号增强，提高了抗干扰能力。同时，因为是一体化的，也就减少了干扰的引入;集成化传感器具有结构紧凑、功能强的特点，有利于提高抗干扰能力;智能化传感器可以从多方面在软件上采取抗干扰措施，如数字滤波、定时自校、特性补偿等措施。 压力传感器一旦抗干扰性差容易受外界干扰，那么它的价值就打了折扣，其应用范围受到很大的限制。压力传感器是传感器中应用最多的传感器之一，其广泛应用在工业、农业以及服务业。在各种环境下都有应用，所以抗干扰性必须要相当可靠。目前压力传感器已能适应很多环境在使用但是在有的环境中压力传感器的抗干扰性还是不够好，我们必须从多角度，结合高新科技来使得压力传感器的抗干扰性进一步提高。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.360docs.net/doc/6717798382.html,/
扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验
实验十一 扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验 一、实验目的: 了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理与方法。 二、实验仪器 压力传感器模块、温度传感器模块、数显单元、直流稳压源+5V 、±１5Ｖ。 三、实验原理 在具有压阻效应的半导体材料上用扩散或离子注入法,摩托罗拉公司设计出X 形硅压力传感器如下图所示：在单晶硅膜片表面形成4个阻值相等的电阻条。并将它们连接成惠斯通电桥，电桥电源端和输出端引出,用制造集成电路的方法封装起来，制成扩散硅压阻式压力传感器。 扩散硅压力传感器的工作原理：在X 形硅压力传感器的一个方向上加偏置电压形成电流 i ，当敏感芯片没有外加压力作用，内部电桥处于平衡状态，当有剪切力作用时,在垂直电流方向将会产生电场变化i E ??=ρ，该电场的变化引起电位变化，则在端可得到被与电流 垂直方向的两测压力引起的输出电压Uo 。 i d E d U O ???=?=ρ （11-1) 式中ｄ为元件两端距离。 实验接线图如图11－２所示,MPX1０有4个引出脚,１脚接地、2脚为U ｏ＋、3脚接+5Ｖ电源、4脚为Uo-；当P1>Ｐ２时，输出为正;Ｐ1
智能压力传感器的设计
密级： NANCHANG UNIVERSITY 学士学位论文 THESIS OF BACHELOR （2009—2013年） 题目智能化压力传感器的设计 学院：环化学院系测控系 专业班级：测控技术与仪器093班 学生姓名：钟刚学号： 5801209114 指导教师：刘诚职称：讲师 起讫日期： 2013.3.15—2013.6.6 南昌大学 学士学位论文原创性申明 本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密□，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密□。 （请在以上相应方框内打“√”） 作者签名：日期： 导师签名：日期：
传感器及转换器形成系统的“前端”，没有它，许多现代化的电子系统都无法正常工作。传感器已广泛的应用于工业控制系统和能源工业装置当中（如石油和天然气的生产、配电工业）。它们也是制造录音机和录像机这些原始设备产品的重要内在组成部分。大多数这些数字电子系统之所以具有普遍性和强大优势是得益于传感器广泛应用于这些电子电路中。 本课题将深入研究智能压力传感器系统理论及其在压力测试方面的应用，对新型智能压力传感器系统的智能化功能、智能化软件和硬件配置进行全面的设计。提出了一种差动电容式传感器的前置电路,基于电容/ 电压转换的原理,对微小电容变化量进行测量。电路输出的直流电压与差动电容变化量成线性关系,且能对偏差电容和电路的漂移进行自动补偿。 完善智能化软件，实现温度补偿、自动校准、总线数字通讯、自动增益控制等多种智能化特性，使智能化程度尽可能的提高。 关键词：传感器；压力；智能化。
【人力资源】实验4-18用压力传感器和温度传感器资料
第五章 热学实验 热学实验是大学物理实验中的重要内容。在理想热学实验中，应遵循两条基本原则：其一是保持系统为孤立系统；其二是测量一个系统的状态参量时，应保证系统处于平衡态。我们的实验内容设计了对空气的比热容比进行测定。 §5.1空气比热容比的测定 气体的定压比热容与定容比热容之比称为气体的绝热指数，它是一个重要的热力学常数，在热力学方程中经常用到，本实验用新型扩散硅压力传感器测空气的压强，用电流型集成温度传感器测空气的温度变化，从而得到空气的绝热指数；要求观察热力学现象，掌握测量空气绝热指数的一种方法，并了解压力传感器和电流型集成温度传感器的使用方法及特性。 【预习重点】 1．了解理想气体物态方程，知道理想气体的等温及绝热过程特征和过程方程。 2．预习定压比热容与定容比热容的定义，进而明确二者之比即绝热指数的定义。 3．认真预习实验原理及测量公式。 【实验目的】 1．用绝热膨胀法测定空气的比热容比。 2．观测热力学过程中状态变化及基本物理规律。 3．了解压力传感器和电流型集成温度传感器的使用方法及特性。 【实验原理】 理想气体的压强P 、体积V 和温度T 在准静态绝热过程中，遵守绝热过程方程：PV γ 等于恒量，其中γ是气体的定压比热容P C 和定容比热容V C 之比，通常称γ=V P C C /为该气体的比热容比（亦称绝热指数）。 如图5.1.1所示，我们以贮气瓶内空气（近似为理想气体）作为研究的热学系统，试进行如下实验过程。
（1）首先打开放气阀A ，贮气瓶与大气相通，再关闭A ，瓶内充满与周围空气同温（设为0T ）同压（设为0P ）的气体。 （2）打开充气阀B ，用充气球向瓶内打气，充入一定量的气体，然后关闭充气阀B 。此时瓶内空气被压缩，压强增大，温度升高。等待内部气体温度稳定，即达到与周围温度平衡，此时的气体处于状态I （1P ,1V ,0T ）。 （3）迅速打开放气阀A ，使瓶内气体与大气相通，当瓶内压强降至0P 时，立刻关闭放气阀A ，将有体积为ΔV 的气体喷泻出贮气瓶。由于放气过程较快，瓶内保留的气体来不及与外界进行热交换，可以认为是一个绝热膨胀的过程。在此过程后瓶中的气体由状态I （1P ,1V ,0T ）转变为状态II （0P ,2V ,1T ）。2V 为贮气瓶容积，1V 为保留在瓶中这部分气体在状态I （1P ,0T ）时的体积。 （4）由于瓶内气体温度1T 低于室温0T ，所以瓶内气体慢慢从外界吸热，直至达到室温 0T 为止，此时瓶内气体压强也随之增大为2P 。则稳定后的气体状态为III （2P ,2V ,0T ）。从 状态II →状态III 的过程可以看作是一个等容吸热的过程。由状态I →II →III 的过程如图5.1.2所示。 图5.1.1 试验装置简图 图5.1.2 气体状态变化及P-V