康铜薄膜测力传感器的模型设计.pdf

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1、机械设计与制造第3期148MachineryDesign&Manufacture2014年3月康铜薄膜测力传感器的模型设计李学瑞，武文革，成云平，李琦(中北大学机械工程与自动化学院，山西太原030051)摘要：设计了一种康铜薄膜传感器模型，该模型由硬质合金基体、硬质合金弹性膜片、A1203薄膜及康铜薄膜电阻栅构成，为了获得较好的输出电压，康铜薄膜电阻栅与导线连接组成惠斯通电桥。使用有限元分析软件ANSYS对该模型进行了仿真分析，通过改变弹性膜片厚度与所受载荷大小，来比较传感器的不同输出电压，分析结果表明：电阻栅置于弹性膜片最大变形处即中心处，传感器输出灵敏度较高；在相同条件下传感器的输出电

2、压随载荷增加而增加，随着弹性膜片厚度的减小而增大．变化近似呈线性关系。关键词：康铜薄膜；弹性膜片；传感器；有限元分析中图分类号：THl6；TP212文献标识码：A文章编号：1001—3997(2014)03—0148—03DesignofaConstantanThinF_ImSensorModelforMeasuringForceLIXue—rui，WUWen-ge，ChengYun—ping，LIQi(CollegeofMechanicalEngineeringandAutomation，NoflhUniversityofChina，ShanxiTaiyuan030051，China)A

3、bstract：Aconstantanthinlmsensormodelisdesigned．Thedeviceconsistsofhardalloysubstrate，hardalloyelasticdiaphragm，A1203lmandconstantanfilmresistancegates．Inordertoobt~nbetteroutputvoltage，thethinlmpiezoresistotsandwiresarearrangedinthewheatstonebridgeconfignratiomUsingANSYStosimulatethemodel，andcontr

4、astingtheoutputvoltagethroughchangingthicknessoftheelasticdiaphragmandtheloadsize，theresultsshowthat：theresistanregateseweplacedinthepositionofthemaximttmdeformationoftheelasticdiaphragm(thecenteroftheelasticdiaphr~tgm)，thesen~orishighsensitivity；underthesamecondition，thesensoroutputvoltagealeincr

5、easingwiththeloadincreasingandincreasingwiththedecreasingoftheelasticdiaphragmthickness，andthechangeisapproximatedasalinearrelationship．KeyWords：ConstantanThin-Film；ElasticDiaphragm；Sensor；FEA1引言层或多层绝缘膜(如A1：O、Si，N等)。相对于压电式传感器，合金薄膜应变式压力传感器在性能上有很大提高，能适应恶劣环境微机电系统(MEMS)技术的发展为薄膜微传感器和微执行条件下的使用。器的研究带来了巨大

6、的机遇，微压力传感器得到了广泛的应用。设计了一种压阻式康铜合金薄膜传感器模型，并用ANSYS基于MEMS技术的压力传感器主要有：压阻式压力传感器、电容软件对模型进行了分析、模拟，以实现薄膜微传感器的合理设式力传感器和谐振式压力传感器。目前市场大多MEMS压力传计，减少物理实验的过程，缩短研制周期，达到优化设计的目的。感器都是硅压阻式压力传感器，其灵敏度较高，但是这种传感器受环境温度影响较大，测力范围较小，并且工作温度不能太高。基于2压阻式康铜薄膜传感器模型MEMS技术的金属薄膜应变式压力传感器件具有能量密度高、可靠压阻式康铜[41(Cua~Ni)薄膜传感器模型，如图1所示。制作性高、响应速

7、度快、温度系数小以及功耗低、成本低的特点，因而开时，选用硬质合金作为基体(12o0m×12o0m×l00m)，在中心发和研制高精度、能适应恶劣环境测量压力要求的薄膜电阻应变位置去除基体材料后形成一个方形槽(4001~mx4OOp,mx100txm)；压力传感器具有广阔的应用前景和很好的社会效益。在基体的上表面磁控溅射一层Ti作为过渡粘结层，然后粘接一层金属薄膜应变式压力传感器的敏感薄膜是采用真空沉积或45#钢弹性膜片(面