现代检测技术导论_物理量检测2

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1、问题：1、多维力传感器中被测量的个数与检测桥路的数量有何关系？2、触觉传感器主要的性能指标应该包括哪几项？现代检测技术导论第三章　物理量检测与传感器3.3厚膜力敏传感器（高理升）3.4磁传感器（林新华）3.5光与图像传感器（孔斌）3.6热流式传感器3.7谐振式传感器3.6热流式传感器3.6.1工作原理在密闭的腔体内利用热电阻加热空气，形成稳定的对流，当器件倾斜或存在加速度时，对流方向发生改变，使测试电阻处的气流速度不同，引起对流散热速率变化，从而使得测试电阻的阻值改变。原理：3.6.2MEMS热流式传感器美国GeorgeWashington大学腔体的尺寸500

2、m一维热电偶式结构，加热功率在40mW到90mW时，灵敏度可达到40V/g到115V/g，频率响应100Hz一维热电阻式，加热功率在120mW和430mW的时候，灵敏度分别为25V/g和185V/g,频率响应600Hz二维结构灵敏度略低输入-输出曲线灵敏度-功率曲线（30Hz）德国S.Billat利用SOI技术性能：空气，响应时间300ms;SF6，响应时间600ms灵敏度:1.6mV/(45mW、SF6气体)量程：360分辨率：0.007功耗：5mW-50mW信息产业部十三所功率为200mW时灵敏度为0.35V/g，量程为75g，抗冲击大于100

3、g。这个传感器中，腐蚀槽的深度为150m，多晶硅加热电阻长1000m，宽80m，厚度2m，测温电阻长1000m，宽40m，厚度2m3.6.3传感器设计多晶硅引线R8R5170mxy参考电阻R4R1加热电阻R2测温电阻R3R6R72mm微型热流传感器结构设计图传热学基础传热基本方式：传导、对流、辐射传导——傅里叶导热定律一维热传导方程辐射——斯忒藩-波尔兹曼定律为斯忒藩-波尔兹曼常量，又称黑体辐射常数，值为5.6710-8W/(m2K4)。辐射功率：A是表面积，为表面发射率，T1是物体的温度，T2为环境温度。=A(T14-T24)对流

4、影响对流的因素流体流动的起因：比如强迫对流和自然对流流体有无相变流体的流动状态：层流和湍流换热表面的几何因素流体的物理性质（密度、动力粘度、导热系数）牛顿散热定律——表面积为S的热体，在单位时间内，由于对流而散失的热量：其中是热体温度，0是周围流体温度，h是表面传热系数，研究对流换热的任务就是确定计算表面系数h的具体表达式。传感器结构传热分析参数名称表示符号数值加热器温度T11000K边界温度T2300K腔体边长L2mm加热器宽度L1200m支撑梁宽度W100m结构厚度H20m多晶硅厚度H11m表面发射率1.0硅热导率Si150W/(m

5、K)支撑梁加热器热传导部分：对流部分：辐射部分热量主要通过传导的方式散发出去。考虑到支撑梁硅结构对传热的影响，实际加热的功率会比这个计算结果要大，因此设定的额定加热功率是100mW。代入参数，得气体对流场分析敏感电路掺杂到一定浓度多晶硅电阻检测电路电桥输出传感器结构抗冲击性能分析支撑梁两端弯矩达到应力极限时硅的承载极限为7109Pa，结构的厚度为20m，长度为2mm，则有测温电阻结构的边长为730m，比支撑梁的长度2mm小，冲击承载能力要强于支撑梁热膨胀应力L/L=3502.3310-6=8.1510-4气体对流尺度效应物理上，格拉晓夫数Gr是

6、浮升力/粘滞力比值的度量。Gr数的增大表明浮升力作用的相对增大。Gr与加热器的特征尺度的三次方成正比，尺度变化10倍，则Gr数变化1000倍取g=9.8m/s2，=1/650，t=700，=59.310-6m2/s气体对流尺度效应（2cm）(K)(m)T=220K(m)(m/s)气体对流尺度效应（1cm）(K)(m)T=130K(m/s)(m)气体对流尺度效应（5mm）(K)(m)T=16K(m/s)(m)气体对流尺度效应（2mm）(K)(m)T=0.9K(m/s)(m)传感器简化模型分析(K)(mm)T=0.4K(m/s)(mm)传感器实际

7、近似模型(K)(mm)T=0.2K(m/s)(mm)传感器结构尺寸腔体边长尺寸：2mm结构层厚度：20m加热平台尺寸：200m200m支撑梁尺寸：900m100m测温电阻边长：250m测温电阻宽度：10m测温电阻顶点距离加热平台距离：400m参考电阻宽度：10m参考电阻外边长：300m多晶硅引线R8R5170mxy参考电阻R4R1加热电阻R2测温电阻R3R6R72mm加热电阻设计电阻设计经验公式K1——电阻端头修正因子；K2——电阻弯头修正因子，实验确认为0.5；n——弯头数目。LW加热器上电阻的分压达到外加电压的90%支撑梁电阻1

8、8个方块，则加热器为162个方块电阻条