基于硅微控阀门的气压控制器的设计

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1、HvdraulicsPneumatics&Seals／NO．3．2009基于硅微控阀门的气压控制器的设计崔保健周德海(92493部队89分队，辽宁葫芦岛125000)摘要：本文针对硅微控阀门的特性，提出了一种新的气体压力控制方法，设计基于微机电硅微控阀门的气体压力控制系统，对系统的传感器调理电路、控制电路进行了设计，解决了小压力和低流量时的压力精密控制问题。该系统压力输出的范围为0～llOkPa，不确定度为0．1％FS，气体压力控制稳定性达到了0．01％。可广泛用于模拟和数字压力计和航空气压仪表的校准检定。

2、关键词：压力控制；阀门；微机电中图分类号：TP137．5文献标识码：B文章编号：1008—0813(2009)03—0013—03StudyandDesignonGasPressureControlMethodwithMicro—MachinedSiliconMicro-valvesCU／Bao--jianZHOUDe-haifPLABranch89Unit92493，Huludao1250oO，China)Abstract：Basedoncharacteristicofsiliconmicrowaves，

3、anewmethodofpneumaticpressurecontrolispresented．Apneumaticpressurecontrolsystembasedonsiliconmicrovalvesisdesigned．Thesensorelectriccircuitandcontrolelectriccircuitisdesignedtoo．Thelittlestreamandlowpressurecontrolproblemhasbeensolvedwel1．Thepressurerangei

4、s0~110kPa．itsaccuracyis0．1％FS，thestabilityofpressurecontrolis0．01％．Thispressurecontrollercanbewidelyusedincalibrationofanalogordigitalpressuregaugeandaerialatmosphereinstruments．KeyWords：pressurecontrol；valve；microelectromechanicalsystem(MEMS)O引言闭合片和基片中嵌入电

5、极板，依靠静电来驱动阀门。这种阀门设计成常开的，阀门的开度由电极上的电压控随着航空航天和真空计量校准技术的发展，为实制，通过调整电极上的电压实现气流的打开、关闭和流现航空及压力真空仪表的准确检定和压力信号的精密量的控制，广泛应用于微小流量的精密控制中。控制，必须提供标准气压信号。由于气体介质的特殊性，难以实现气体压力精密控制，特别是在小压力和低流量时，压力控制的非线性和不确定性很大。传统的压力控制系统采用电磁比例阀门或高速开关电磁阀门作为控制元件，这两种元件都有电磁感应和机械执行部件，功耗大且容易损坏，在小

6、压力状态下，压力的精密控制更困难。近年来，基于微机电的微机械电子系统(MEMS)的硅微控阀门技术，设计制造了静电驱动的硅图1硅微控闽结构微控阀，这种阀门能将控制电信号转换为硅微控阀门通过阀门的流量不仅与阀门两端的气体压差有的流量通径，为气体压力的精密控制提供了新器件。关，而且与施加到阀门的控制电压有关。在不施加外部1微控阀门的特性分析电压时，阀门的通径最大，在两端压差为110kPa时，流量达800mL／min。两端压力差为110kPa时，阀门的关闭MEMS是在微电子技术基础上发展起来的新兴交电压大约为5V[

7、”。叉学科，包括微传感器、微执行器，将传感器、执行器、信号处理、控制电路和电源集成在一起组成一体化的2气压控制系统设计微系统，完成大尺度机电系统所不能完成的工作。硅微2．1气压控制系统结构和基本原理控阀门是集成电路工艺上发展的新型阀门，其基本结图2是基于硅微控阀门的气压控制系统的原理结构如图1所示fl】，在硅基片上有两个薄膜片构成了阀门构图，系统包括两个硅微控阀门，用于系统压力保护控的基片和闭合片，闭合片是悬臂结构，可以自由移动，制的普通电磁压力阀门和减压阀，压力气瓶和真空泵收稿日期：2008—10—13为

8、系统提供压力和真空源，保证系统正常工作。采用微作者简介：崔保健(】967一)，河北正定人，高级工程师，主要从事计量校准处理器和压力传感器和电子控制电路设计的压力控制和测试仪器的研究设计。和放大驱动电路为阀门动作提供控制信号。13液压气动与密封／2009年第3期电位器用来对系统增益进行调整．根据系统压力分辨率的要求和系统稳定性的要求，调整为适当位置。系统设计没有采用微分控制环节．由于4425的阀门通径流量相对于气容