压电射流陀螺检测元件工艺研究_范茂彦new

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1、Research&Development注：北京市传感器重点实验室开放基金资助，项目编号（66062024）摘要：研究压电射流陀螺检测元件铂丝电阻热敏性能，通过结构设计，电参数选择尽量发挥铂丝热敏电阻性能的优点，减小缺陷影响。设计运算放大电路为信号检测电路，用单片机进行信号处理，以软件校正补偿方法，有效地解决铂丝电阻的非线性误差，提高了压电射流陀螺综合精度。关键词：铂丝电阻；氧化；退火；范性变形；线性校正中图分类号:ＴＰ212文献标识码:A文章编号：1006-883X(2007)02-0019-04范茂彦张丽芳一、前言铂电阻测温元件，由于物

2、理、化学性质非常稳定，准确度高，测温范围广，使用方便，因而应用十分广[1]泛。1990国际温标(ITS-90)规定在13.8033K～961.78°C温域内以铂电阻温度计作为测温的标准仪器。但是，铂电阻测温元件受铂丝均匀性及制造工艺的影响，高、低温段非线性特性，很难满足进一步提高检测精度的需要，必须在检测电路的硬件及软件上作必要的处理。二、压电射流陀螺工作原理压电射流角速度传感器的工作原理如图1所示，射流束以恒速度v运动，当绕输入轴有角速度ω输入时，ji则射流束在哥氏惯性力作用下发生偏转，使射流束偏离中心位置。输入角速度越大，偏转角越大。在

3、距离喷嘴L处设置一对热敏铂丝电阻，射流束作用在热敏铂丝电阻R上，铂丝电阻受射流冷却而发生电阻变化，从而使电桥失去平衡，输出直流电压正比于输入角速度。偏离的量值和方向决定于角速度的矢量特性。则哥氏加速度为：..y=2ωivj（1）经两次积分后可得偏离的量值为：2y=ωivjT（2）压电射流陀螺的精度由射流束的稳定性和热敏元件及电路检测精度决定。图1压电射陀螺工作原理三、铂丝电阻热敏性能分析敏感检测元件的输入即为传感器需检测的物理量，检测元件的输出量则为与输入量有一定函数关系的另一种物理量。要使检测元件的输出充分反映输入的物理量，要求检测元件具

4、有足够的高的检测精度，要求其惯性、死区、失真都小，线性度好，2007.2SensorWorld19www.sensorworld.com.cn工作稳定。0.13°C。2号铂丝电阻温度特性：有热阻效应的材料种类很多，选择恰当的材料制作检在-200°C～0°C范围为：23测元件是提高陀螺检测性能的关键。通常，纯金属的电阻R（t）=R（0°C）[1+At+Bt+C(t-100°C)t]（3）随温度的升高而增大，非金属的电阻随温度升高而减小。在0～850°C范围为：2其本质是：纯金属材料为自由电子导电，温度升高，自由R（t）=R(0°C)(1+At

5、+Bt)（4）电子的无规律运动加剧。故自由电子在外电场作用下的定式中：R（t）—温度t时的电阻值（Ω）向运动受阻加大，表现出电阻增大。半导体为空穴和电子R（0°C）—温度0℃时的电阻值（Ω）-3-1导电，温度升高则空穴和电子数置剧增，表现出电阻减小，A—常数，其值为3.9082×10C-7-2特殊情况利外。B—常数，其值为-5.8019×10C-12-4纯金属的电阻温度特性在一定温度范围内近似线性，C—常数，其值为-4.27350×10C半导体的电阻温度特性为非线性，其电阻温度系数通常为影响铂丝电阻的因素很复杂。化学杂质使铂丝电阻率纯金属的

6、数倍，有利于提高高灵敏度，但其信号处理较麻增加，电阻温度系数减小，电阻温度系数减小，灵敏度降烦，权衡利弊，选择细铂丝作为敏感检测元件的制作材料。低，淬火空位对铂丝的电性能重复性影响，铂丝点阵中的其原因是，铂丝的测量特性最好，常用来制作标准温度计。平衡空位浓度要随温度而变化，这些空位型缺陷对铂丝的用细铂丝减小热容量，从而减小热惯性，提高检测元件的高温度电阻率也有影响。当铂丝从高温急冷时，高温下的响应时间。另外，相同长度的铂丝，细铂丝电阻大，有利空位电阻率被淬在铂丝晶体中，因而引起淬火后铂丝电阻于装调。由于铂丝很细，其重量几乎可忽略，在承受高过

7、率增量比为：载时，所受惯性力很小，远小于它所承受的张力，这是该∆ρ(0℃)3=1.2×10exp(-1.5eV/kT)（5）陀螺能承受高过载的理论根据[2]。ρ()0℃纯铂丝是目前最重要的测温金属材料，熔点高，化学式中，∆ρ（0°C）—淬火空位在0°C时引起的电阻率增量；-23-1稳定性好，在高温下具有优良抗氧化性。其电阻率高，塑k—波尔兹曼常数1.380662×10J.K。性好，容易获得高纯的细丝。由于使用条件和技术要求不铂丝淬火温度不同，电阻率增量比也不一样。上述影一样，测温用铂丝根据其电阻比W（100℃）=R（100℃）响铂丝电阻特性

8、的因素属铂丝自身材料特性决定的，对信/R（10℃）的不同，分为5个品种，有不同的应用领域，见号检测精度影响不大，可忽略。铂丝的氧化对电阻性能的表1。影响相对大些，铂丝在0°C～2